(57)【要約】【課題】排出ガス再循環を備えた再熱燃焼タービンエンジンに関連するシステム及び装置を提供すること。【解決手段】発電プラントは、作動流体がその回りを再循環される再循環ループを含むように構成される。再循環ループは、近隣の上流側構成要素から作動流体の流出流を受け入れて、作動流体の流入流を近隣の下流側構成要素に提供するよう構成された複数の構成要素を含むことができる。再循環ループは、再循環圧縮機と、上流側燃焼器と、高圧タービンと、下流側燃焼器と、低圧タービンと、作動流体の流出流を低圧タービンから再循環圧縮機に配向するよう構成された再循環導管とを含むことができる。発電プラントは更に、上流側燃焼器及び下流側燃焼器の一方に加圧酸化剤を提供するよう構成された酸化剤圧縮機と、再循環ループ上の所定位置に配置された抽出ポイントから作動流体の一部を抽出する手段とを含むことができる。【選択図】      図１
2013221501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動流体がその回りを再循環される再循環ループを含むように構成され、該再循環ループが、近隣の上流側構成要素から作動流体の流出流を受け入れて、作動流体の流入流を近隣の下流側構成要素に提供するよう構成された複数の構成要素を備えた発電プラントであって、前記再循環ループが、
再循環圧縮機と、
前記再循環圧縮機の下流側に位置付けられた上流側燃焼器と、
前記上流側燃焼器の下流側に位置付けられた高圧タービンと、
前記高圧タービンの下流側に位置付けられた下流側燃焼器と、
前記下流側燃焼器の下流側に位置付けられた低圧タービンと、
前記作動流体の流出流を前記低圧タービンから前記再循環圧縮機に配向するよう構成された再循環導管とを含み、
前記発電プラントが、
前記上流側燃焼器及び前記下流側燃焼器の一方に加圧酸化剤を提供するよう構成された酸化剤圧縮機と、
前記再循環ループ上の所定位置に配置された抽出ポイントから前記作動流体の一部を抽出する手段と
を備える、発電プラント。
【請求項２】
前記低圧タービンからの作動流体の流出流が、前記再循環導管を介して前記再循環圧縮機に配向される排出ガスを含み、前記再循環圧縮機が、前記排出ガスを加圧して該再循環圧縮機からの作動流体の流出流が加圧排出ガスを含むようにし、前記抽出ポイントからの作動流体の一部を抽出する手段が、前記抽出ポイントにて抽出される抽出作動流体の量を制御する手段を含む、請求項１記載の発電プラント。
【請求項３】
前記再循環導管が、前記低圧タービンから前記排出ガスの一部を収集して、前記排出ガスの一部を導管の延伸部を通じて配向し、前記排出ガスが前記再循環圧縮機の吸気口に供給されるように構成され、前記再循環導管が更に、ボイラーを有する熱回収蒸気発生器を含み、前記熱回収蒸気発生器が、前記低圧タービンからの排出ガスがボイラー用の熱源を含むように構成されている、請求項２記載の発電プラント。
【請求項４】
チラー及びブロアの少なくとも１つが前記再循環導管上に位置付けられ、前記チラーが、前記再循環導管を流れる前記排出ガスからある量の熱を制御可能に除去して、前記再循環圧縮機の吸気口にてより望ましい温度が得られるようにする手段を含み、前記ブロアが、前記再循環導管を流れる前記排出ガスを制御可能に循環させて、前記再循環圧縮機の吸気口にてより望ましい圧力が得られるようにする手段を含む、請求項２記載の発電プラント。
【請求項５】
上流側燃焼器燃料供給源及び下流側燃焼器燃料供給源を更に備え、前記上流側燃焼器燃料供給源が、前記上流側燃焼器に供給される燃料量を制御可能に変更する手段を含み、前記下流側燃焼器燃料供給源が、前記下流側燃焼器に供給される燃料の量を制御可能に変更する手段を含む、請求項２記載の発電プラント。
【請求項６】
前記加圧酸化剤を前記酸化剤圧縮機から前記上流側燃焼器及び前記下流側燃焼器の一方に送るよう構成された酸化剤導管を更に備え、前記酸化剤導管が前記上流側燃焼器及び前記下流側燃焼器の一方に供給される加圧酸化剤の量を制御可能に変更する手段を含む、請求項５記載の発電プラント。
【請求項７】
前記酸化剤導管が更に、好ましい注入圧力レベルで前記上流側燃焼器及び前記下流側燃焼器の一方に前記加圧酸化剤を送給する手段を含む、請求項６記載の発電プラント。
【請求項８】
前記好ましい注入圧力レベルで前記上流側燃焼器及び前記下流側燃焼器の一方に前記加圧酸化剤を送給する手段が、望ましい圧力で加圧酸化剤が抽出される前記酸化剤圧縮機上の選択抽出位置を含む、請求項７記載の発電プラント。
【請求項９】
前記酸化剤導管上に配置されるブースター圧縮機と、前記上流側燃焼器及び前記下流側燃焼器の一方に供給される前記加圧酸化剤の量を制御可能に変更する手段を含む酸化剤バルブとを更に備える、請求項７記載の発電プラント。
【請求項１０】
前記酸化剤圧縮機と前記ブースター圧縮機との間で前記酸化剤導管上に配置された大気通気孔を更に備え、前記大気通気孔が、大気に通気される加圧酸化剤の量を制御可能に変更するように構成されている、請求項９記載の発電プラント。
【請求項１１】
前記上流側燃焼器及び前記下流側燃焼器の一方が好ましい理論混合比で作動するように前記発電プラントを制御する手段を更に備え、前記抽出ポイントの所定位置が、前記再循環ループ上のある範囲の位置を含み、前記範囲の位置が、好ましい理論混合比で作動している前記上流側燃焼器及び前記下流側燃焼器の何れかと、下流側方向に進めて前記上流側及び下流側燃焼器の他方との間に定められる、請求項６記載の発電プラント。
【請求項１２】
前記酸化剤圧縮機が前記上流側燃焼器に加圧酸化剤を提供するよう構成されている場合には、前記発電プラントは、好ましい理論混合比で作動するよう前記下流側燃焼器を制御する手段を含み、前記酸化剤圧縮機が前記下流側燃焼器に加圧酸化剤を提供するよう構成されている場合には、前記発電プラントは、好ましい理論混合比で作動するよう前記上流側燃焼器を制御する手段を含む、請求項１１記載の発電プラント。
【請求項１３】
前記上流側燃焼器及び前記下流側燃焼器の一方が好ましい理論混合比で作動するように前記発電プラントを制御する前記手段が、前記上流側燃焼器及び前記下流側燃焼器の一方に供給される加圧酸化剤の量を制御可能に変更する手段、前記上流側燃焼器に供給される燃料の量を制御可能に変更する手段、及び前記下流側燃焼器に供給される燃料の量を制御可能に変更する手段の作動を制御するよう構成されたコンピュータ制御ユニットを含み、前記好ましい理論混合比がほぼ１の理論混合比である、請求項１１記載の発電プラント。
【請求項１４】
前記好ましい理論混合比が、０．７５〜１．２５の間の理論混合比を含む、請求項１３記載の発電プラント。
【請求項１５】
前記好ましい理論混合比が、０．９〜１．１の間の理論混合比を含む、請求項１３記載の発電プラント。
【請求項１６】
前記好ましい理論混合比が、１．０と１．１の間の理論混合比を含む、請求項１３記載の発電プラント。
【請求項１７】
前記酸化剤圧縮機が、前記下流側燃焼器ではなく前記上流側燃焼器に加圧酸化剤を提供するよう構成されており、前記上流側燃焼器及び前記下流側燃焼器の一方が好ましい理論混合比で作動するように前記発電プラントを制御する前記手段が、前記下流側燃焼器が好ましい理論混合比で作動するように前記発電プラントを制御する手段を含む、請求項１１記載の発電プラント。
【請求項１８】
前記抽出ポイントの所定位置が、前記再循環ループ上のある範囲の位置を含み、前記ある範囲の位置が、前記下流側燃焼器と、下流側方向に進めて前記上流側燃焼器との間に定められる、請求項１７記載の発電プラント。
【請求項１９】
前記上流側燃焼器が、前記酸化剤圧縮機からの加圧酸化剤を前記再循環圧縮機からの加圧排出ガスと組み合わせ、この中で前記上流側燃焼器燃料供給源からの燃料を燃焼させるよう構成されており、前記下流側燃焼器が、圧縮機から直接供給される加圧供給酸化剤無しで作動するよう構成され、該下流側燃焼器が、前記高圧タービンからの排出ガス中の過剰酸化剤と共に前記下流側根燃焼器燃料供給源からの燃料を燃焼するよう構成されている、請求項１８記載の発電プラント。
【請求項２０】
前記下流側燃焼器が好ましい理論混合比で作動しているかどうかを判定するため前記作動流体を試験する手段を更に備え、前記作動流体を試験する手段が、前記抽出ポイントの所定位置に対して前記再循環ループ上に位置付けられる、請求項１８記載の発電プラント。
【請求項２１】
前記作動流体を試験する手段が、過剰酸化剤を検出するセンサ及び未使用燃料を検出するセンサのうちの少なくとも１つを含み、前記作動流体を試験する手段の前記再循環ループ上の位置が、前記抽出ポイントと上流側方向に進んで前記下流側燃焼器との間で定められるある範囲の位置を含む、請求項２０記載の発電プラント。
【請求項２２】
前記酸化剤圧縮機が、前記上流側燃焼器ではなく前記下流側燃焼器に加圧酸化剤を提供するよう構成されており、前記上流側燃焼器及び前記下流側燃焼器の一方が好ましい理論混合比で作動するように前記発電プラントを制御する前記手段が、前記上流側燃焼器が好ましい理論混合比で作動するように前記発電プラントを制御する手段を含む、請求項１１記載の発電プラント。
【請求項２３】
前記抽出ポイントの所定位置が、前記再循環ループ上のある範囲の位置を含み、前記ある範囲の位置が、前記上流側燃焼器と、下流側方向に進めて前記下流側燃焼器との間に定められる、請求項２２記載の発電プラント。
【請求項２４】
前記下流側燃焼器が、前記酸化剤圧縮機からの加圧酸化剤を前記高圧タービンからの排出ガスと組み合わせ、この中で前記下流側燃焼器燃料供給源からの燃料を燃焼させるよう構成されており、前記上流側燃焼器が、何れかの圧縮機から直接供給される加圧供給酸化剤無しで作動するよう構成され、該上流側燃焼器が、前記再循環圧縮機からの加圧排出ガスの流れに含まれる過剰酸化剤内で前記上流側根燃焼器供給源からの燃料を燃焼するよう構成されている、請求項２３記載の発電プラント。
【請求項２５】
前記上流側燃焼器が好ましい理論混合比で作動しているかどうかを判定するため前記作動流体を試験する手段を更に備え、前記作動流体を試験する手段が、前記抽出ポイントの所定位置に対して前記再循環ループ上に位置付けられる、請求項２３記載の発電プラント。
【請求項２６】
前記作動流体を試験する手段が、過剰酸化剤を検出するセンサ及び未使用燃料を検出するセンサのうちの少なくとも１つを含み、前記作動流体を試験する手段の前記再循環ループ上の位置が、前記抽出ポイントと、上流側方向に進んで前記上流側燃焼器との間で定められるある範囲の位置を含む、請求項２５記載の発電プラント。
【請求項２７】
前記再循環ループの作動流体を試験するよう構成された酸素センサを更に備え、前記酸素センサが、前記抽出ポイントと、前記再循環ループ上の上流側方向に進んで遭遇する前記上流側燃焼器及び前記下流側燃焼器の最初の燃焼器との間に配置され、前記発電プラントが更に、酸素含有量が所定閾値を超えるかどうかを判定する手段を備える、請求項１３記載の発電プラント。
【請求項２８】
前記抽出ポイントの所定位置が、前記上流側燃焼器の直ぐ上流側の位置を含み、前記作動流体を試験する手段が、前記抽出ポイントの直ぐ上流側に配置された酸素センサを含む、請求項２０記載の発電プラント。
【請求項２９】
負荷と、
前記高圧タービン及び前記低圧タービンが前記負荷、前記酸化剤圧縮機、及び前記再循環圧縮機を駆動するように、前記負荷、前記酸化剤圧縮機、前記再循環圧縮機、前記高圧タービン及び前記低圧タービンを接続する共通シャフトと
を更に備える、請求項２記載の発電プラント。
【請求項３０】
前記負荷が発電機を含み、前記再循環圧縮機が前記共通シャフト上で前記高圧タービンと前記酸化剤圧縮機との間に存在し、前記高圧タービンが前記共通シャフト上で前記低圧タービンと前記再循環圧縮機との間に存在する、請求項２９記載の発電プラント。
【請求項３１】
発電機と、
第１のシャフト及び第２のシャフトを含む同心シャフトと
を更に備え、前記第１のシャフトが前記高圧タービンに接続されて、前記発電機、前記酸化剤圧縮機、及び前記再循環圧縮機のうちの少なくとも１つを駆動し、前記第２のシャフトが前記低圧タービンに接続されて、前記発電機、前記酸化剤圧縮機、及び前記再循環圧縮機のうちの少なくとも１つを駆動する、請求項２記載の発電プラント。
【請求項３２】
前記作動流体の一部を抽出する手段が、抽出される前記作動流体の一部を制御可能に変更するよう構成された抽出バルブを含む、請求項２記載の発電プラント。
【請求項３３】
前記再循環圧導管が、前記作動流体の一部を大気に制御可能に通気する手段を含む、請求項２記載の発電プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、全体的に、燃焼タービンエンジン及びこれに関連するシステムに関する。より具体的には、限定ではないが、本出願は、排出ガス再循環を有する種々のタイプの燃焼タービンシステム内で理論混合ポイントでの作動を達成し、所望の特性を有する作動流体を抽出する方法、システム、及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化剤−燃料比は、内燃エンジン中に存在する燃料に対する酸化剤（通常は酸素）の質量比である。燃料の全てを完全に燃焼させるのに過不足の無い酸化剤が提供された場合には、理論混合比１が達成される（本明細書では、「理論混合ポイントでの作動」又は「理論混合ポイント作動」と呼ぶ場合がある）点は当業者であれば理解されるであろう。燃焼タービンシステムにおいて、理論混合ポイントでの燃焼は、エミッションレベルの低減並びに性能調整上の理由を含む、幾つかの理由で望ましいとすることができる点は理解されるであろう。加えて、定義によれば、理論混合ポイント作動を使用すると、実質的に酸素及び未使用燃料が存在しない排出ガス（排気再循環を含むシステムの場合、全体的に「作動流体」と呼ぶことができる）を提供することができる。より具体的には、理論混合ポイントでの作動時には、再循環回路又はループの特定のセクションを通って流れる作動流体は、極めて高レベルの二酸化炭素及び窒素からなることができ、空気分離ユニットに送給されたときに、これらのガスの実質的に純粋なストリームをもたらすことができる。
【０００３】
このような方式での二酸化炭素及び窒素のガスストリームの生成が経済的に価値のあることは、当業者には理解されるであろう。例えば、二酸化炭素の隔離は、このガスのエミッションに関連する現在の環境問題を考慮すると潜在的な価値がある。加えて、二酸化炭素及び窒素の純ガスストリームは、多くの産業用途において有用である。また、二酸化炭素は、原油の二次回収のために地中に噴射することができる。結果として、理論混合ポイント作動を達成できる効率的方法を提供する新規の発電プラントシステム構成及び／又は制御方法が有用且つ有益である。これは、新規のシステム及び方法が、再熱及び排出ガス再循環を用いた既存の発電プラントが比較的小規模のコスト効率のよい修正によって作動の改善を達成できる効率的方法を提供する場合に特に当てはまることになる。本発明のシステム及び方法に対する他の利点は、以下で提供される複数の例示的な実施形態の説明を読めば、当業者には理解されるであろう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７９５０２４０号明細書
【発明の概要】
【０００５】
従って、本出願は、作動流体がその回りを再循環される再循環ループを含むように構成された発電プラントを記載している。再循環ループは、近隣の上流側構成要素から作動流体の流出流を受け入れて、作動流体の流入流を近隣の下流側構成要素に提供するよう構成された複数の構成要素を含むことができる。再循環ループは、再循環圧縮機と、再循環圧縮機の下流側に位置付けられた上流側燃焼器と、上流側燃焼器の下流側に位置付けられた高圧タービンと、高圧タービンの下流側に位置付けられた下流側燃焼器と、下流側燃焼器の下流側に位置付けられた低圧タービンと、作動流体の流出流を低圧タービンから再循環圧縮機に配向するよう構成された再循環導管とを含むことができる。発電プラントは更に、上流側燃焼器及び下流側燃焼器の一方に加圧酸化剤を提供するよう構成された酸化剤圧縮機と、再循環ループ上の所定位置に配置された抽出ポイントから作動流体の一部を抽出する手段とを含むことができる。
【０００６】
本出願のこれら及び他の特徴は、図面及び請求項を参照しながら以下の好ましい実施形態の詳細な説明を精査することによって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】排出ガス再循環及び再熱燃焼システムを利用した発電プラントの例示的な構成を示す概略図。
【図２】排出ガス再循環及び再熱燃焼システムを利用した発電プラントの代替の構成を示す概略図。
【図３】排出ガス再循環及び再熱燃焼システムを利用した発電プラントの代替の構成を示す概略図。
【図４】排出ガス再循環及び再熱燃焼システムを利用した発電プラントの代替の構成を示す概略図。
【図５】排出ガス再循環及び再熱燃焼システムを利用した発電プラントの代替の構成を示す概略図。
【図６】排出ガス再循環及び再熱燃焼システムを利用した発電プラントの代替の構成を示す概略図。
【図７】排出ガス再循環及び再熱燃焼システムを利用した発電プラントに関する例示的な作動方法を示すフローチャート。
【図８】排出ガス再循環及び再熱燃焼システムを利用した発電プラントの代替の構成を示す概略図。
【図９】排出ガス再循環及び再熱燃焼システムを利用した発電プラントの代替の構成を示す概略図。
【図１０】排出ガス再循環及び単一燃焼システムを利用した代替の発電プラントを示す概略図。
【図１１】排出ガス再循環及び単一燃焼システムを利用した発電プラントの代替の構成を示す概略図。
【図１２】排出ガス再循環及び単一燃焼システムを利用した発電プラントの代替の構成を示す概略図。
【図１３】排出ガス再循環及び単一燃焼システムを利用した発電プラントの代替の構成を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
次に、複数の図全体にわたり種々の参照符号が同じ要素を表す図面を参照すると、図１〜１３は、本出願の構成による例示的な発電プラントの概略図を示している。以下でより詳細に説明するように、これらの発電プラントは、排出ガスの再循環を前提とした性能上の利点を達成する新規のシステムアーキテクチャ及び構成及び／又は制御方法を含む。特に明記しない限り、本明細書で使用される用語「発電プラント」は、排他的なものではなく、本明細書で記載され又は図面に示され、或いは請求項に記載された構成の何れかを指すこともできる。このようなシステムは、２つの別個のタービン、排出ガス再循環、２つの燃焼システム、及び／又は熱回収蒸気発生器を含むことができる。
【０００９】
図１に示すように、発電プラント９は、作動流体の再循環流を有する再循環ループ１０を含む。本発明の特定の実施形態において、図１に示すように、再循環ループ１０は、タービンからの排出ガスを再循環させ、これにより作動流体の再循環流を生成する手段である。再循環ループ１０は、再循環ループ上に位置付けられる構成要素の各々が近隣の上流側構成要素からの作動流体の流出流を受け入れて、作動流体の流出流を近隣の下流側構成要素に提供するよう構成されるように構成されている点は理解されるであろう。再循環ループ１０の複数の構成要素は、ループ１０上の指定された「開始位置８」に関連して説明されることになる点に留意されたい。開始位置８は、任意であり、システムの機能は、実質的な効果と関係なく別の方法で又は別の開始位置に関して説明してもよい点は理解されるであろう。図示のように、開始位置８は、軸流圧縮機１２の吸気口に位置付けられる。構成されるように、軸流圧縮機１２は、タービンからの再循環排出ガスの流れを受け入れ、その結果、軸流圧縮機１２は、本明細書では「再循環圧縮機１２」と呼ばれる。下流側に移ると、再循環ループ１０は、高圧タービン３０に関連付けられた上流側燃焼器２２と、低圧タービン３２に関連付けられた下流側燃焼器２４とを含む。これらの構成要素を説明するのに使用される用語は、発電プラント９を効率的に記述できるように意図された説明的なものである点は理解されるであろう。これらの用語は、過度に限定するものではないが、「上流側」及び「下流側」の表記は一般に、開始位置８が指定された場合の再循環ループ１０を通る作動流体の流れの方向を指す点は理解されるであろう。更に、「高圧」及び「低圧」の表記は、再循環ループ１０上の各タービンの位置が与えられた場合に、各タービン３０、３２の他に対する作動圧力レベルを指すものとする。
【００１０】
低圧タービン３２の下流側では、再循環導管４０は、排出ガスを再循環圧縮機１２の吸気口に送り、これにより再循環圧縮機１２は、タービンからの排出ガス（又は少なくともその一部）を再循環させる。複数の他の構成要素を再循環導管４０上に位置付けることができる。これらの構成要素は、排出ガスを所望の方法（すなわち、所望の温度、圧力、湿度、その他）で再循環圧縮機１２に送給する機能を果たすことができる点は理解されるであろう。図示のように、種々の実施形態において、再循環導管４０上に熱回収蒸気発生器３９、冷却器４４及びブロア４６を含めることができる。加えて、再循環ループ１０は、所望の流れ平衡が得られるように再循環導管４０からの排出ガスの量を制御可能に放出する方法を提供する再循環通気孔４１を含むことができる。例えば、定常状態条件下では、
酸化剤圧縮機１１及び燃料供給源２０それぞれを介して再循環ループ１０に流入する加圧酸化剤及び燃料の量にほぼ等しい排出ガスの量を再循環通気孔４１を通じて放出しなければならない点は理解されるであろう。再循環ループ１０に注入される酸化剤／燃料と、再循環ループ１０から放出された排出ガスとの間の所望の平衡を得ることは、ループ１０に流入する酸化剤及び燃料の量と流出する排出ガスの量とを記録するセンサ、並びに再循環ループ１０内の温度センサ、バルブセンサ、圧力センサ、及び他の従来の手段及びシステムを介して実施することができる点は理解されるであろう。
【００１１】
発電プラント９は、再循環圧縮機１２とは異なり、再循環ループ１０と完全には一体化されていない酸化剤圧縮機１１を含むことができる。以下で示すように、酸化剤圧縮機１１は、再循環ループ１０内の１つ又はそれ以上の位置で加圧空気又は他の酸化剤を注入するよう構成された軸流圧縮機とすることができる。ほとんどの用途において、酸化剤圧縮機１１は、空気を加圧するよう構成されることになる。他の実施形態では、酸化剤圧縮機１１は、加圧して燃焼システムに注入できるあらゆるタイプの酸化剤を供給するよう構成することができる点は理解されるであろう。例えば、酸化剤圧縮機１１は、酸化剤がドープされた供給空気を加圧することができる。他方、再循環圧縮機１２は、タービン３０、３２から再循環された排出ガスを加圧するよう構成される。必要であれば、再循環ループ１０に注入される前に酸化剤圧縮機１１の吐出圧力を引き上げて、より望ましい注入圧力が達成されるようにするために、ブースター圧縮機１６を設けることができる。このようにして、加圧酸化剤は、１つ又はそれ以上の燃焼器に効果的に送給することができる。
【００１２】
酸化剤圧縮機１１及び再循環圧縮機１２は、これら両方を駆動する単一又は共通のシャフト１４により機械的に結合することができる。共通シャフト１４上に発電機１８も含めることができ、この場合、高圧タービン３０及び低圧タービン３２が、共通シャフト１４及びこれに取り付けられた負荷を駆動する。本発明は、図示の例示的な共通シャフト構成１４以外のシャフト構成を有するシステムにおいても利用できる点は理解されるであろう。例えば、複数のシャフトを用いてもよく、その各々がタービンのうちの１つ及び負荷要素のうちの１つ又はそれ以上（すなわち、圧縮機１１、１２のうちの１つ又は発電機１８）を含むことができる。このような構成は、同心シャフト又はその他を含むことができる。
【００１３】
例示的な実施形態において、図示のように、発電プラント９の燃焼システムは、上流側燃焼器２２と、その下流側にある下流側燃焼器２４とを含む。以下で詳細に考察するように、上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４は、あらゆるタイプの従来の燃焼器、燃焼システム及び／又は再熱燃焼器を含むことができ、選ばれた用語は、再循環ループ１０上の相対的位置を指しているに過ぎない（指定の開始位置８及び流れ方向が与えられた場合）点は理解されるであろう。典型的には、図１に示し且つ以下でより詳細に考察するように、上流側燃焼器２２は、缶型燃焼器又は他のタイプの従来の燃焼器において燃焼した燃料から生じる燃焼ガスを再循環ループ１０に注入することにより作動する。或いは、特定の燃焼システムは、直接燃料注入によって作動する。注入されると、注入燃料は再循環ループ１０内で燃焼する。一般に、これらの方法の何れもが、作動流体の温度及び運動エネルギーを増大させ、何れかの燃焼器タイプを上流側燃焼器２２又は下流側燃焼器２４として利用することができる。燃料供給源２０は、天然ガスなどの燃料を上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４に供給することができる。
【００１４】
より具体的には、上流側燃焼器２２は、酸化剤圧縮機１１からの酸化剤の流れ及び燃料供給源２０からの燃料を受け入れるよう構成することができる。この作動モードにおいて、上流側燃焼器２２は、１つ又はそれ以上の缶又は燃焼室を含むことができ、この内に燃料及び酸化剤が集められ、混合されて点火され、加圧燃焼ガスの高エネルギー流が生成されるようになる。次いで、上流側燃焼器２２は、燃焼ガスを高圧タービン３０に配向することができ、ここでガスが膨張して仕事が抽出される。下流側燃焼器２４は、高圧タービン３０の下流側のポイントで作動流体にエネルギー／熱を加えるよう構成することができる。図１の実施形態に示すように、下流側燃焼器２４は、低圧タービン３２の直ぐ上流側に位置付けることができる。上述のように、下流側燃焼器２４は、上流側燃焼器２２の下流側のポイントで作動流体の流れに熱／エネルギーを加えるので、このように呼ばれる。
【００１５】
当業者であれば理解されるように、上述のようなデュアル燃焼又は再熱システムを用いると、特定の作動上の利点を得ることができる。これらの利点には、とりわけ、１）燃料柔軟性、２）エミッション改善、３）全体燃焼温度の低下、４）冷却及びシール要件の低減、５）部品寿命の延命、及び６）燃焼温度低下による安価な材料の使用が挙げられる。従って、本発明により提供されるような再熱システムを含む発電プラントの作動改善により、再熱システムの利用並びにこれらのシステムが通常提供する利点の実現が拡張される。
【００１６】
上述のように、発電プラント９は更に再循環導管４０を含む。再循環導管４０は、一般に、タービンからの排出ガスが再循環されて、これにより再循環ループ１０が完成する流路を形成する。より具体的には、再循環導管４０は、低圧タービン３２からの排出ガスを再循環圧縮機１２の吸気口で終端する経路上に配向する。再循環導管４０は、図１に示すように、熱回収蒸気発生器３９、冷却器４４、及びブロア４６を含む複数の構成要素を途中で通って排出ガスを循環することができる点は理解されるであろう。（但し、不必要に複雑にするのを避けるため、熱回収蒸気発生器３９は、図１の簡易的形態で示している）。本発明の熱回収蒸気発生器３９は、１つ又はそれ以上の燃焼タービンからの燃焼排出ガスは、蒸気タービンのボイラー用の熱源として使用されることは、当業者には理解されるであろう。
【００１７】
熱回収蒸気発生器３９の下流側では、再循環導管４０を流れるガスを流すように冷却器４４を位置付けることができる。冷却器４４は、直接冷却器又はこの機能に十分な他の従来の熱交換器を含むことができ、排出ガスから更に熱を取り出して、これにより所望の好ましい温度で再循環圧縮機１２に流入することにより作動することができる。冷却器４４はまた、再循環ガス内の湿度レベルを好ましいレベルにまで制御される手段を提供することができる。すなわち、冷却器４４は、冷却することによって流れから水を抽出し、これによりガスが冷却器に流入する前の流れの温度まで加熱されると、再循環ガスの湿度レベルが低下する。図１に示すように、ブロア４６は、冷却器４４の下流側に配置することができるが、この順序は逆にしてもよい点は、当業者には理解されるであろう。ブロア４６は、従来設計のものとすることができる。ブロア４６は、再循環導管４０を通って排出ガスをより効率的に循環させ、排出ガスを所望の方法で再循環圧縮機１２の吸気口に送給するように機能することができる。
【００１８】
発電プラント９は、該発電プラント９の作動が制御され維持される複数のタイプの導管、パイプ、バルブ、センサ、及び他のシステムを含むことができる。本明細書で記載される全てのバルブは、導管を通過する流体の量に影響を及ぼす種々の設定に制御することができる点は理解されるであろう。上述のように、再循環導管４０は、タービン３０、３２からの排出ガスを再循環圧縮機１２の吸気口に再循環させ、これにより作動流体用の再循環経路を提供する。加えて、図１に示すように、酸化剤圧縮機１１から上流側燃焼器２２に加圧酸化剤を配向する第１の酸化剤導管５２を設けることができる。第１の酸化剤導管５２は、この導管を通る酸化剤の流れを制御する酸化剤バルブ５４を含むことができる。第１の酸化剤導管５２は更に、以下でより詳細に説明するように、この導管内の加圧酸化剤の圧力を引き上げるのに用いることができるブースター圧縮機１６を含むことができる。第１の酸化剤導管５２は更に、通気バルブ５６を含むことができる。通気バルブ５６は、第１の酸化剤導管５２を通って移動する加圧酸化剤の一部を大気に通気する手段を提供する。図１に示すように、本発明の特定の実施形態は、加圧酸化剤の流れを酸化剤圧縮機１１から下流側燃焼器２４ではなく上流側燃焼器２２に提供することにより作動する。図２〜５に示すような他の実施形態において、本発明は、加圧酸化剤の流れを酸化剤圧縮機１１から上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４に提供することにより作動する。更に別の実施形態において、本発明は、加圧酸化剤の流れを酸化剤圧縮機１１から上流側燃焼器２２ではなく下流側燃焼器２４に提供することにより作動する。このタイプのシステムは、例えば、第１の酸化剤導管５２上の酸化剤バルブ５４が完全に閉じられた（すなわち、酸化剤圧縮機１１からの流れが通過することができないように設定される）場合が図２及び４に示される。
【００１９】
燃料供給源２０は、燃料を上流側燃焼器２２及び／又は下流側燃焼器２４に提供する２つの供給導管を含むことができる。図示のように、燃料バルブ５８は、上流側燃焼器２２に送給されている燃料の量を制御し、別の燃料バルブ５９は、下流側燃焼器２４に送給されている燃料の量を制御する。図には示していないが、上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４に送給される燃料のタイプは、同じである必要はなく、特定のシステム基準の場合に異なる燃料タイプの使用が有利となる場合がある点は理解されるであろう。加えて、以下でより詳細に考察するように、燃料バルブ５８及び燃料バルブ５９は、燃料が２つの燃焼器２２、２４の一方のみに送給されるように制御することができる。より具体的には、特定の実施形態において、燃料バルブ５８は、燃料が上流側燃焼器２２に送給されないように完全に閉じることができる。この場合、以下でより詳細に考察するように、両方の燃焼器２２、２４は、下流側燃焼器２４に送給される燃料によって作動することができる。同様に、特定の実施形態において、燃料バルブ５９は、燃料が下流側燃焼器２４に送給されないように完全に閉じることができる。この場合は、以下でより詳細に考察するように、両方の燃焼器２２、２４は、上流側燃焼器２２に送給される燃料によって作動することができる。完全に閉じられたバルブと共に作動するように本明細書で記載されたシステムは、閉じたバルブが位置付けられた導管を全体的に省略したシステム構成を包含するものとする点は理解されるであろう。
【００２０】
抽出ポイント５１は、ガスが作動流体から抽出されるポイントを含む。好ましい実施形態において抽出ポイント５１は、二酸化炭素（ＣＯ２）及び／又は窒素（Ｎ２）を効率的に抽出できるように再循環ループ１０上に位置付けられる。特定の作動モード及びシステム制御を考慮すると、本発明のシステムアーキテクチャは、図１に示すように高圧タービン３０及び上流側燃焼器２２の両方の上流側にある位置でこのような抽出を行うことを可能にする。より具体的には、図示のように、抽出ポイント５１は、上流側燃焼器２２における燃焼反応の直ぐ上流側にある位置に配置することができる。抽出ポイント５１は、作動流体内のガスの一部が導管に分流され、これにより再循環ループ１０から除去される従来の抽出手段を含むことができる。抽出ガスバルブ６１を設けて、抽出される作動流体の量を制御することができる。抽出ガスバルブ６１の下流側では、導管が、抽出した供給ガス６２を１つ又はそれ以上の下流側構成要素に送給することができる。好ましい実施形態において、抽出供給ガス６２は、従来の手段によって窒素から二酸化炭素を分離する分離システム（図示せず）に配向することができる。上述のように、分離後のこれらのガスは、例えば、食品及び飲料産業用途のような、多様な産業用途において用いることができる。
【００２１】
抽出ポイント５１に接続する導管から分岐して、タービン３０、３２の各々を迂回する経路を提供するタービンバイパス導管６３も含めることができる。タービンバイパス導管６３は、始動状態に備えて提供されており、本発明の機能に有意に影響を及ぼさないので、これ以上の考察はしない。
【００２２】
他の実施形態において、抽出ポイント５１は、図１の再循環ループ１０内の異なる位置に配置することができる。以下で（特に図５及び６に関して）より詳細に説明するように、本明細書で提供されるアーキテクチャ及び制御方法は、燃焼器２２、２４のうちの１つが理論混合ポイント又は好ましい理論混合比又はその近傍で作動することができる効率的で効果的な手段を教示している。すなわち、発電プラント９内の供給燃料及び酸化剤は、燃焼器２２、２４のうちの１つ内で酸化剤及び燃料が十分に混合され、点火されて燃焼されて、酸素及び未使用燃料が存在しないか又は実質的に存在しない排出ガスが生成されるように制御することができる。この状態では、排出ガスは、高レベルの二酸化炭素及び窒素からなり、他の用途で使用するために経済的に抽出することができる。上述のように、「理論混合ポイントでの作動」又は「理論混合ポイント作動」とは、理論混合ポイント又はその近傍での、或いはその近傍の許容可能もしくは所望の範囲内での作動を意味する。「理論混合ポイント」はまた、燃料と酸化剤との１対１の比を含むと考えられるので、理論混合比１と呼ぶことができる点は理解されるであろう。更に、１よりも大きな比は、過剰な酸化剤を含有するものと説明され、１未満の比は、過剰な燃料を含有すると説明される点は理解されるであろう。特定の発電プラントの制限、抽出作動流体の所望の特性、並びに他の基準に応じて、理論混合ポイント作動は、理論混合ポイント近傍のある範囲内での理論混合作動、換言すると、理論混合比１を意味することができる点は理解されるであろう。従って、特定の実施形態において、「理論混合ポイント作動」は、０．７５〜１．２５の間で定められる理論混合比の範囲内での作動を意味することができる。より好ましい実施形態では、「理論混合ポイント作動」は、０．９〜１．１の間で定められる理論混合比の範囲内での作動を意味することができる。更により好ましい実施形態では、「理論混合ポイント作動」は、実質的に理論混合比１か又はこれに極めて近い作動を意味することができる。最後に、他の好ましい実施形態では、「理論混合ポイント作動」は、約１．０〜１．１の間で定められる理論混合比の範囲内での作動を意味することができる。
【００２３】
燃焼器２２、２４のうちの１つが理論混合ポイント（すなわち、理論混合比１で、又は上述の予め定められた範囲もしくは別の所望の範囲の一方内で）で作動した場合、燃焼器の下流側の排出ガスには未使用燃料及び酸素が実質的に存在せず、二酸化炭素及び窒素ガス（及び／又は他の所望のガス特性）から実質的になり、経済的に抽出することができる点は理解されるであろう。その結果、本発明の実施形態によれば、抽出ポイント５１は、一般に、１）理論混合ポイントで作動している一方の燃焼器２２、２４の下流側で、且つ２）他方の燃焼器２２、２４の上流側にある再循環ループ１０上の任意のポイントに配置することができる。本明細書で使用される「他方の燃焼器の上流側」とは、酸化剤及び／又は燃料が実際に再循環ループ５１に入る燃焼器内のポイントの上流側を意味し、しかも、このことに起因して、「他方の燃焼器の上流側」とは、「他の燃焼器」内部として見なすことができるが、例えば燃焼器ヘッド端部内の特定の区域のような酸化剤及び／又は燃料が作動流体の流れに注入される位置の上流側でもある区域を含むことができる点は当業者であれば理解されるであろう。図１のような構成において、下流側燃焼器２４の燃料入力は、理論混合ポイント（又は実質的に理論混合ポイント）で燃焼をもたらすように制御されると仮定すると、抽出ポイント５１は、下流側燃焼器２４と、下流側方向に進めて上流側燃焼器２２との間に定められる範囲内の任意のポイントに配置することができる。１つの好ましい実施形態において、図１に示すように、抽出ポイントは、再循環圧縮機１２の吐出部でこの範囲内に配置することができる。この位置は、高度に加圧された抽出ガスを提供し、特定の下流側での適用によっては有利となる場合がある点は理解されるであろう。
【００２４】
発電プラント９は更に、システムの構成要素及び種々の導管内の作動パラメータ、設定、及び状態を測定する１つ又はそれ以上のセンサを含むことができる。１つのこのようなセンサは、例えば、従来の酸素センサのような過剰な酸化剤６４を検出するセンサとすることができる。過剰な酸化剤６４を検出するセンサは、抽出ポイント５１の直ぐ上流側に位置付けることができ、再循環ループ１０を通って流れる排出ガス又は作動流体の酸素含有量を予め定められた間隔で測定することができる。上記のようにして位置付けられると、過剰な酸化剤６４を検出するセンサは、酸化剤含有物について作動流体を試験するのに良好に位置付けることができ、該試験は、過剰な酸化剤６４を検出するためのセンサの直ぐ上流側の燃焼器内の理論混合比に関する情報、及び／又は作動流体の抽出が酸化剤及び未使用燃料が好適に存在しない供給ガスをもたらすかどうかに関する情報を提供する。過剰酸化剤６４を検出するセンサは、抽出ポイント５１と、上流側方向に進めて遭遇する第１の燃焼器２２、２４との間に定められる再循環ループ１０上のある範囲内に位置付けることができる点は理解されるであろう。抽出ポイント５１の位置付けを考慮すると、上流側方向で遭遇する第１の燃焼器２２、２４は、好ましい理論混合比で制御されている燃焼器２２、２４である点は理解されるであろう。このようにして、過剰な酸化剤６４を検出するセンサを用いて、再循環ループ１０からの抽出ガスの現在の望ましい状況を判定することができる。以下でより詳細に説明するように、システムは、システムの構成要素の何れかに関連することができる多数のプロセス変数を測定する他のセンサ７０を含むことができる。従って、図は、発電プラント９の周りの例示的な位置での複数のセンサ７０を示している。当業者であれば理解されるように、従来のシステムは通常、複数の図面にて示されたもの以外の多くのセンサを含むことができ、更に、このような他のセンサは、図示した以外のシステム内の他の位置に配置することができる。これらのセンサ７０は、制御ユニット６５とこれらの読み取り値を電気的に通信し、及び／又は制御ユニット６５によってこれらセンサに伝達される命令に従って機能することができる点は理解されるであろう。過剰な酸化剤６４を検出するセンサと共に、又は互換的に用いることができる１つのこのようなセンサ７０は、排出ガス中の未使用燃料の存在を検出するセンサである。過剰な酸化剤６４を検出するセンサと組み合わせて、未使用燃料を検出するセンサ７０は、上流側燃焼器２２、２４における理論混合比並びに抽出作動流体の現在の適合性を判定できる測定値を提供することができる。他のセンサを用いて、燃焼器内で生じる燃焼の理論混合特性に関するデータを収集することができる点は当業者であれば理解されるであろう。例えば、ＣＯセンサ及び湿度センサを用いることができる。
【００２５】
発電プラント９は更に、本明細書で記載される特定の実施形態に従って機能する制御ユニット６５を含むことができる。制御ユニット６５は、プラント作動パラメータ、設定、及び状態に関するデータをセンサ及び他の供給源から取り込み、アルゴリズム、記憶データ、オペレータの選好、その他に従って、所望の作動モードが得られるように発電プラント９の種々の機械及び電子システムの設定を制御する電子回路又はコンピュータに実装されたデバイスを含むことができる点は理解されるであろう。例えば、制御ユニット６５は、燃焼器２２、２４の一方において理論混合作動又は好ましい理論混合比での作動が得られるように発電プラント９を制御することができる。この目標は、上流側燃焼器２２又は下流側燃焼器２４の何れかに注入される燃料及び酸化剤を平衡させ、且つ再循環作動流体内を移動する２つの燃焼器２２、２４の他方からの何らかの過剰な酸化剤又は未使用燃料を考慮することによって、制御機構により達成される点は理解されるであろう。理論混合作動が得られると、制御ユニット６５は、抽出が所望の速度で且つ所望の時間期間の間、或いは状態変化がもはや好適な抽出をしなくなるまで行われるように、抽出ガスバルブ６１を制御することができる。作動流体の流れ、ガスの抽出、燃料使用量、その他を管理する上述の種々のバルブの設定は、有線又は無線通信接続を介して送信されて制御ユニット６５により受信できる電気信号に従って制御することができる。
【００２６】
使用時には、例示的な実施形態による発電プラント９は、以下のように作動することができる。酸化剤圧縮機１１内のブレードの回転は、酸化剤を加圧し、第１の酸化剤導管５２を介して上流側燃焼器２２に供給される。一部の実施形態においては、上流側燃焼器２２に到達する前に、ブースター圧縮機１６を設けることができる。ブースター圧縮機１６を用いて、酸化剤圧縮機１１によって供給される酸化剤の圧力を上流側燃焼器２２に注入するのに十分な又は好ましいレベルにまで高めることができる。このようにして、加圧酸化剤の流れを、再循環圧縮機１２から燃焼器に供給される上流側燃焼器２２内で排出ガスの流れに合流させることができる。上流側燃焼器２２内でこのような２つの流れを首尾良く集めることは複数の方法で達成することができ、その上、これらの流れが上流側燃焼器２２内でどのように導入されるかに応じて、各々に対する好適な圧力レベルが異なる可能性がある点は理解されるであろう。本発明は、回避可能な空力的損失、逆流、及び他の起こり得る性能上の問題を回避しながら、これらの流れを好適な方法で組み合わせることができるように圧力レベルを制御することができる方法及びシステム構成を教示する。
【００２７】
従って、上流側燃焼器２２は、酸化剤圧縮機１１からの加圧酸化剤の流れを再循環圧縮機１２からの加圧排出ガスの流れと組み合わせて、内部の燃料を燃焼させ、高エネルギーの加圧燃焼ガスの流れを生成するように構成することができる。次いで、燃焼ガスの流れが高圧タービン３０内の回転ブレードの段にわたって配向され、シャフト１４を中心とした回転を引き起こす。このようにして、燃焼ガスのエネルギーは、回転シャフト１４の機械エネルギーに変換される。上述のように、シャフト１４は、シャフト１４の回転が酸化剤圧縮機１１を駆動するように高圧タービン３０を酸化剤圧縮機１１に結合することができる。シャフト１４は更に、シャフト１４の回転が再循環圧縮機１２を駆動するように高圧タービン３０を再循環圧縮機１２に結合することができる。シャフト１４はまた、発電機１８も駆動するように、高圧タービン３０を発電機１８に結合することができる。発電機１８は、回転シャフトの機械エネルギーを電気エネルギーに転換する点は理解されるであろう。勿論、高圧タービン３０により他のタイプの負荷も駆動することができる。
【００２８】
次いで、作動流体（すなわち、高圧タービン３０からの排出ガス）は、低圧タービン３２に配向される。低圧タービン３２に到達する前に、下流側燃焼器２４は、上述のように再循環ループ１０を通って流れる作動流体に熱／エネルギーを加える。図１の実施形態において、下流側燃焼器２４は、高圧タービン３０からの排出ガス内の燃料を燃焼するよう構成される。代替の実施形態において、図２〜６に示し、以下でより詳細に考察するように、下流側燃焼器２４は、酸化剤圧縮機からの加圧酸化剤の流れを高圧タービン３０からの排出ガスと組み合わせて、内部の燃料を燃焼させ、高エネルギーの加圧燃焼ガスの流れを生成するように構成することができる。次いで、作動流体は、低圧タービン３２内の回転ブレードの段にわたって配向され、シャフト１４を中心とした回転を引き起こし、これにより燃焼ガスのエネルギーが回転シャフト１４の機械エネルギーに変換される。高圧タービン３０と同様に、シャフト１４は、低圧タービン３２を酸化剤圧縮機１１、再循環圧縮機１２、及び／又は発電機１８に結合することができる。特定の実施形態において、高圧タービン３０及び低圧タービン３２は、これらの負荷を縦一列の形態で駆動することができる。他の実施形態において、高圧タービン３０が同心シャフトの１つで負荷の一部を駆動し、低圧タービン３２が他のシャフト上の残りの負荷を駆動するように同心シャフトを用いることができる。加えて、他のシステム構成では、高圧タービン３０及び低圧タービン３２は、別個の非同心シャフト（図示せず）を駆動することができる。
【００２９】
再循環導管４０は、低圧タービン３２から本発明の再循環ループ１０を完成する流路を形成することができる。この流路は、最終的には、タービン３０、３２からの排出ガスを再循環圧縮機１２の吸気口に送給する。この再循環導管４０の一部として、低圧タービン３２が排出ガスを用いることができる。すなわち、排出ガスは、熱回収蒸気発生器３９から蒸気を受け取る蒸気タービンを駆動するボイラー用の熱源を提供することができる。その下流側では、排出ガスは、冷却器４４により更に冷却され、ブロア４６を通過することができる。冷却器４４を用いて、排出ガスの温度を低下させ、所望の温度範囲内で再循環圧縮機１２の吸気口に送給されるようにすることができる。ブロア４６は、排出ガスが再循環ループ１０を通って循環するのを助けることができる。熱回収蒸気発生器３９、冷却器４４及びブロア４６は、従来の構成要素を含み、従来の方法に従って作動することができる点は理解されるであろう。
【００３０】
制御ユニット６５の作動に関しては、プラント作動パラメータ及び状態に関するデータを取り込み、アルゴリズム、記憶データ、オペレータの選好、その他に従って、所望の作動モードが得られる（例えば、理論混合ポイント又は実質的に理論混合ポイントでの作動が得られる）ように、発電プラント９の種々の機械及び電子システムの設定を制御する電子回路又はコンピュータに実装されたデバイスを含むことができる点は理解されるであろう。制御ユニット６５は、発電プラント９の機械及び電子システムがどのように作動すべきかを規定する制御ロジックを含むことができる。より具体的には、また、本出願の特定の実施形態によれば、制御ユニット６５は通常、特定の作動パラメータ／記憶データ／オペレータ選好／その他をどのように監視すべきか、並びに監視データからの特定の入力が与えられた場合には、上述のような発電プラント９の種々の機械及び電子システムをどのように作動すべきかを規定するプログラムドロジックを含む。制御ユニット６５は、制御ロジックの命令に自動的に応答して種々のシステム及びデバイスの作動を制御することができ、又は場合によっては、動作を起こす前にオペレータ入力を探すことができる。当業者であれば理解されるように、このようなシステムは、関連の作動パラメータを監視する、複数のセンサ、デバイス、及び命令を含むことができ、その一部を上記で考察した。これらのハードウェアデバイスは、データ及び情報を制御ユニット６５に伝送し、且つ制御ユニット６５によって制御することができる。すなわち、従来の手段及び方法に従って、制御ユニット６５は、発電プラント９のシステムからデータを受信／収集し、該データを処理し、記憶データを照会し、発電プラント９のオペレータと通信し、及び／又は命令セット又はロジックフローチャートに従ってシステムの種々の機械及び電子デバイスを制御することができ、該命令セット又はロジックフローチャートは、当業者であれば理解されるように、制御ユニット６５によって動作するソフトウェアプログラムの一部を構成することができ、また、本発明の実施形態に関連する態様を含むことができる。要するに、制御ユニット６５は、発電プラント９の作動を理論混合ポイントで作動し、このように作動している間に、実質的に酸素及び未使用燃料が存在しない供給燃焼排出ガスを抽出するように制御することができる。図７に関連した以下の考察は、本明細書で記載されるシステムを理論混合ポイントで作動させ且つ望ましい排出ガスを抽出する本発明による論理フローチャートに関するものである。これらの論理フローチャートは、このような目的で制御ユニットが用いることができる点は理解されるであろう。
【００３１】
図２〜図６は、代替のシステム構成を含む本発明の実施形態を示す。これらの構成は、酸化剤圧縮機１１からの酸化剤を再循環ループ１０に注入する代替の方式、燃料を燃焼システムに送給する代替の方式、及び排出ガスを抽出できる方法を提示している点は理解されるであろう。これらの代替形態の各々は、理論混合作動を達成し維持できる方法を含む、特定の利点を提供する。これらの代替形態は、例示的なものであり、添付の請求項の範囲内にある全ての実施可能なシステム構成の網羅的説明を提供するものではない点は理解されるであろう。加えて、図２〜６は、燃料及び酸化剤の両方が上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４の各々に送給されることを示しているが、以下で説明する特定の実施形態は、上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４の一方にのみ酸化剤が送給されるシステム及び／又は上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４の一方にのみ燃料が送給されるシステムにおいて機能する点は理解されるであろう。これらのシステムの何れかの実施例は、酸化剤及び燃料を燃焼器２２、２４に送給する種々のバルブ５４、５８、５９、６９の制御によって構成することができる。
【００３２】
図２〜図４は、第２の酸化剤導管６７及び酸化剤バルブ６８を含む実施形態を提供し、これらを共に用いて、制御された加圧酸化剤の量（第１の酸化剤導管５２のように、酸化剤圧縮機１１から得られる）を下流側燃焼器２４に供給することができる。図２及び３に示すように、第２の酸化剤導管６７は、第１の酸化剤導管５２から分岐することができ、これは、各々が酸化剤圧縮機１１の同じ供給ポイントから加圧酸化剤が引き出されることを意味する。図２では、第１の酸化剤導管５２の酸化剤バルブ５４及びブースター圧縮機１６の上流側で第１の酸化剤導管５２との接続が生じるように分岐を行う。この場合、これによって第２の酸化剤導管６７は、ブースター圧縮機１６を迂回する。これは、ブースター圧縮機１６に起因して第２の酸化剤導管６７内よりも高い圧力を有することになる第１の酸化剤導管５２内で異なる圧力レベルの流れを生成するのに有用とすることができる。第１の酸化剤導管５２は、再循環ループ１０上で第２の酸化剤導管６７の上流側のポイントに加圧酸化剤を提供するので、この構成は、各々における圧力を異なる位置での注入に適切な圧力レベルに制御できる効率的な手段を可能にする。図３では、第１の酸化剤導管５２の酸化剤バルブ５４の下流側で分岐を行っている。より具体的には、第２の酸化剤導管６７の分岐は、第１の酸化剤導管５２の酸化剤バルブ５４（図示のようにブースター圧縮機１６の下流側に位置付けることができる）と燃焼器２２との間で行っている。
【００３３】
図４に示すように、第２の酸化剤導管６７はまた、第１の酸化剤導管５２とは独立することができる。図示のように、この事例では、第２の酸化剤導管６７は、酸化剤圧縮機１１内の抽出ポイントから延びることができる。第２の酸化剤導管６７の抽出ポイントは、例えば圧縮機吐出ケーシングに配置することができる第１の酸化剤導管５２が加圧酸化剤の流れを引き出す位置の上流側にある段の１つに配置することができる。より具体的には、抽出ポイントは、酸化剤圧縮機１１内の中間段で加圧酸化剤を抽気するよう構成することができる。第１の酸化剤導管５２が圧縮機吐出ケーシング又はその近傍で引き出された場合、この配列は、第２の酸化剤導管６７におけるよりも第１の酸化剤導管５２を通る加圧酸化剤の流れに高い圧力をもたらす。この場合も同様に、この構成は、ブースター圧縮機１６を含める必要もなく、第１及び第２の酸化剤圧縮機５２、６７が異なる圧力レベルを有することができる点は理解されるであろう。上述のように、圧力差は、加圧酸化剤の圧力が、その使用される再循環ループ１０上の位置の圧力に一致するということで有用とすることができる。
【００３４】
図５及び６は、燃焼器２２、２４の両方が酸化剤圧縮機１１から加圧酸化剤の供給を受け取るものとした場合の抽出ポイント５１を配置する異なる方式を提供する。酸化剤／燃料が燃焼される２つのポイントを有するようにシステムを構成することで、理論混合ポイントでの作動（上述のように、これはほぼ理論混合ポイント又はその近傍の所望の範囲内での作動を指す点に留意されたい）をもたらし、ひいては作動流体を抽出できる場所（図５及び６に示すような）を変えることができる新規の代替形態を提供することは理解されるであろう。上述のように、本明細書で提供されるアーキテクチャ及び制御方法は、発電プラントを理論混合ポイントで作動させることができる効率的で効果的な手段を教示している。発電プラント９への供給燃料及び酸化剤は、酸素（注入酸化剤による）及び燃料が十分に混合され、点火されて燃焼すると、酸素及び未使用燃料が実質的に存在しない排出ガスが生成されるように制御することができる。この結果、本発明の実施形態によれば、抽出ポイント５１は、理論混合ポイント作動により得られた排出ガスを有する再循環ループ１０上のあらゆるポイントに配置することができる。図１の構成に関連して上述したように、これは、一般に、１）理論混合ポイントで作動している燃焼器２２、２４の下流側で、且つ２）他の燃焼器２２、２４の上流側にある再循環ループ１０上のあらゆるポイントに抽出ポイントを配置できることを意味する。この範囲内に１つよりも多い抽出ポイントを設けることができ、その上、この構成は、複数の抽出供給ガスに対して異なる圧力レベルが有用である場合に好都合とすることができる点は理解されるであろう。
【００３５】
図５は、高圧タービン３０の後方端部付近に位置付けられる抽出ポイント５１を有する例示的な構成を示している。この抽出ポイント５１は、上流側燃焼器２２が理論混合ポイントで作動する場合に効果的であることを実証できる点は理解されるであろう。上記で考察した原理を考慮し且つこの作動を前提とした場合、実施可能な抽出ポイント５１は、上流側燃焼器２２と、下流側方向に進めて下流側燃焼器２４との間で定められる範囲を構成する。すなわち、本発明の実施形態に従って、発電プラント９は、燃焼器２２、２４内に導入される酸化剤及び燃料の組み合わせ作用により、好ましい理論混合比での上流側燃焼器２２内の燃焼が生じ、これにより所望の特性を有する作動流体の抽出を達成できる上流側燃焼器２２の下流側のある範囲の位置を提供するように制御することができる。
【００３６】
図６は、熱回収蒸気発生器３９の直ぐ上流側に位置付けられる抽出ポイント５１を有する例示的な構成を示している。この抽出ポイント５１は、下流側燃焼器２４が理論混合ポイントで作動する場合に効果的であることを実証できる点は理解されるであろう。上記で考察した原理を考慮し且つこの作動を前提とした場合、実施可能な抽出ポイント５１は、下流側燃焼器２４と、下流側方向に進めて上流側燃焼器２２との間で定められる範囲を構成する。すなわち、本発明の実施形態に従って、発電プラント９は、燃焼器２２、２４内に導入される酸化剤及び燃料の組み合わせ作用により、好ましい理論混合比での下流側燃焼器２４内の燃焼が生じ、これにより所望の特性を有する作動流体の抽出を達成できる下流側燃焼器２４の下流側のある範囲の位置を提供するように制御することができる。
【００３７】
図７は、本発明の例示的な実施形態による、発電プラント９を作動させる方法の論理フローチャート１００を示す。当業者であれば理解されるように、論理フローチャート１００は、例示的なものであり、添付の請求項に含まれない場合があるステップを含む。更に、システムの複数の構成要素に関連して上記で説明された何れかの機能は、指定のステップを実施するのを助けるために必要に応じて又は実施可能な場合には以下の考察に組み込まれる。論理フローチャート１００は、制御ユニット６５により実装及び実施することができる。一部の実施形態において、制御ユニット６５は、あらゆる適切な高出力半導体スイッチングデバイスを含むことができる。制御ユニット６５は、コンピュータとすることができるが、これは単に、本出願の範囲内にある適切な高出力制御システムの例証に過ぎない。特定の実施形態において、制御ユニット６５は、全体としての主又は中央プロセッサセクション、システムレベル制御装置、及び中央プロセッサセクションの制御下で種々の異なる特定の組み合わせ、機能、及び他のプロセスを実施する専用の別個のセクションを有する単一の特定用途集積回路（ＡＳＩＣのような）として実装することができる。制御ユニットはまた、ディスクリート素子回路又はプログラム可能論理デバイスを含むハードウェア電子回路又は論理回路など、様々な別個の専用又はプログラム可能集積又は他の電子回路又はデバイスを用いて実装することができる点は当業者には理解されるであろう。制御ユニット６５はまた、マイクロプロセッサ又はマイクロコンピュータなどの好適なプログラムド汎用コンピュータ、或いは、ＣＰＵ又はＭＰＵなどの他のプロセッサデバイスを単独で、もしくは１つ又はそれ以上の周辺データ及び信号処理デバイスと併せて用いて実装することができる。一般に、有限状態機械が論理フローチャート１００を実装できるあらゆるデバイス又は同様のデバイスは、制御ユニット６５として用いることができる。
【００３８】
１つの実施可能な環境において、制御ユニット６５は、ニューヨーク州Ｓｃｈｅｎｅｃｔａｄｙ所在のＧＥ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  ＆  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍｓにより刊行された、Ｒｏｗｅｎ，  Ｗ．  Ｉ．，  “ＳＰＥＥＤＴＲＯＮＩＣ（商標）  Ｍａｒｋ  Ｖ  Ｇａｓ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ”，  ＧＥ−３６５８Ｄ，において記載されるような、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＳＰＥＥＤＴＲＯＮＩＣ（商標）  Ｇａｓ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍを含むことができる点は理解されるであろう。制御ユニット６５は、センサ入力及び人間のオペレータからの命令を用いてガスタービンの作動を制御するプログラムを実行するプロセッサを有するコンピュータシステムとすることができる。制御ユニット６５により生成されたコマンドによって、構成要素の何れか内のアクチュエータが、例えば、燃料供給源と燃焼器２２、２４との間にある燃料の流量及びタイプを調節するバルブ、圧縮機１１、１２上の入口ガイドベーン、及びタービン３０、３２の他の制御設定を調整することができる。更に、制御ユニット６５は、該制御ユニット６５のコンピュータメモリ内に記憶されたアルゴリズムに少なくとも部分的に基づいて発電プラント９を調節することができる。これらのアルゴリズムにより、例えば、制御ユニット６５は、特定の予め定められた限界まで排出ガスのエミッションレベルを維持し、又は燃焼器の燃焼温度を予め定められた温度限界まで維持し、或いは、別の作動パラメータを予め定められた範囲内に維持することを可能にすることができる。  図７を参照すると、一般に、フローチャート１００は、燃焼器のうちの１つ内の理論混合及び／又は所望の特性を有する排出ガスの抽出レベルを制御する繰り返しプロセスを提供するためフィードバックループをどのように構成することができるかに関する一例を示している点は当業者であれば理解されるであろう。このようなプロセスの複数のステップは、本明細書で記載されるプロセスの中心的概念から逸脱することなく、多くの異なる方法で記述することができる点は理解されるであろう。本明細書で記載される制御方法は、ＰＩＤ制御アルゴリズムなどの制御アルゴリズムと併せて使用されるフィードバックループにより実装することができるが、他の制御アルゴリズムも用いることができる。
【００３９】
論理フローチャート１００は、ステップ１０２から始まることができ、発電プラント９の作動状態及びプロセス変数（全体として「プロセス変数」と呼ぶ）を監視し測定するステップを含む。本明細書で使用されるプロセス変数は、制御中のシステム又はプロセスの現在の状態を表している。この場合、プロセス変数は、あらゆるタイプのセンサにより測定できるあらゆる作動パラメータを含むことができる。より具体的には、ステップ１０２において、制御ユニット６５は、上記で考察された方法又は何れかの従来のシステム（現在又は将来開発されるもの）の何れかに従って、発電プラント９の作動に関するデータを受け取り、監視し、記録することができる。発電プラント９及びこれに関連する複数の構成要素の作動は、複数のセンサ７０がシステム及び環境の種々の状態を検出することにより監視することができる。例えば、センサ７０により以下のプロセス変数の１つ又はそれ以上を監視することができ、すなわち、温度センサは、プラント９を囲む周囲温度、圧縮機１１、１２の入口及び吐出温度、排出ガス温度、及びタービン３０、３２の高温ガス経路に沿った他の温度測定値を監視することができ、圧力センサは、周囲圧力と、圧縮機１１、１２の入口及び出口、タービン３０、３２の排出口、並びにガスストリームの他の位置における静圧及び動圧レベルを監視することができる。センサ７０は更に、熱回収蒸気発生器３９、冷却器４４、及びブロア４６の作動に関連するパラメータを含む、抽出ポイント５１における抽出レベル、燃焼器２２、２４の各々への燃料流量、再循環された排出ガス又は作動流体内のガス組成（酸化剤検出センサ６４、並びに排出ガス内の未使用燃料又はＣＯもしくは他のガスのレベルを測定する他のセンサを含むことができる）、再循環導管４０に沿った再循環排出ガスの温度、及び圧力を測定することができる。センサ７０はまた、第１の酸化剤導管５２及び第２の酸化剤導管６７を通る酸化剤流れ特性を含むことができる発電プラント９の作動に関する種々のパラメータを検知する、流量センサ、速度センサ、火炎検出センサ、バルブ位置センサ、ガイドベーン角度センサ、及び同様のものを含むことができる。システムは更に、好ましい又は効率的な作動モードに関連するオペレータ選好を含む特定の「指定設定ポイント」を記憶し監視することができる点は理解されるであろう。更に、プロセス変数及び／又は指定設定ポイントの測定、監視、記憶、及び／又は記録は、連続的に又は規則的な間隔を置いて行うことができ、その上、図７においてステップ１０２を他のステップに接続する直接的ラインが存在するか否かに関係なく、論理フローチャート１００の複数のステップの何れかにわたって更新データ又は現行のデータを用いることができる点は理解されるであろう。プロセスは、ステップ１０２からステップ１０４に進むことができる。
【００４０】
ステップ１０４において、本方法は、燃焼器２２、２４の何れもが好ましい理論混合比（好適な理論混合比のある範囲を含むことができる）で作動するよう構成されているとしても、実際に好ましい理論混合比で作動しているかどうかを判定することができる。これは、測定したプロセス変数を比較し、現在の状態を計算して、指定設定ポイントに現在の状態を比較することにより達成できる点は理解されるであろう。この作動モードが起こっていると判定された場合には、本方法は、ステップ１０６に進むことができる。この作動モードが起こっていないと判定された場合には、本方法は、ステップ１１４に進むことができる。
【００４１】
関連の燃焼器２２、２４が好ましい理論混合比で作動しているかどうかに関する判定は、幾つかの方法で達成することができ、その上、判定されると、１つ又はそれ以上の制御入力を使用したフィードバックループを用いて、この好ましいモード内でシステムを制御し、或いは、システムをこのように作動させることができる点は理解されるであろう。１つの方法は、関連の燃焼器から放出されている排出ガスの成分を検出又は測定するものとすることができる。これは、過剰な酸化剤６４を検出するセンサのような、排出ガス中に存在するガス及び／又は他の関連特性を測定するセンサ７０を含むことができる。排出ガス流内に未使用燃料又はＣＯもしくは他のガスが存在することを検出するセンサ７０を用いてもよい点は理解されるであろう。また、燃焼器の１つへの入力（すなわち、酸化剤及び燃料）の流れ特性の測定を用いて、関連燃焼器内の燃焼が好ましい理論混合比で起こっているかどうかを判定することができる。この場合、例えば、燃焼器への酸化剤の流れを測定することができ、燃焼器への燃料の流れを測定することができ、更にこれらの入力が与えられた場合の燃焼の理論混合特性に関して判定が行われる。他の関連作動特性（温度、圧力、その他など）も考慮することができる。代替として、又はこの計算と併せて、燃焼器の下流側又は作動流体の循環流内の他のポイントの未使用燃料又はＣＯもしくは他のガス及び／又は酸素を測定することができる。このことから、燃焼の理論混合平衡に関して計算を行うことができ、次いで、指定設定ポイント又は好ましい理論混合比と比較して、許容可能な範囲内にあるかどうかを判定することができる。
【００４２】
ステップ１０６において、燃焼器の１つが所望の理論混合範囲内で作動していると判定されると、論理フローチャート１００は、抽出ポイント５１での現在の抽出レベルを決定することができる。これは、この流れレベルを直接的に示すか、又は抽出されているガス量を計算するのに用いることができる測定されたプロセス変数をチェックすることにより実施することができる。本方法は更に、現在の抽出レベルが所望の抽出レベル又は指定設定ポイントを満たすかどうかをチェックすることができる。このことは、実際の抽出レベル（測定することができる）をオペレータが定義した設定ポイント又は選好と比較することによって実施することができる。所望の抽出レベルを満たしていると判定された場合には、本方法は、ステップ１０２に戻ることができ、新たにプロセスを開始する。所望の抽出レベルを満たしていないと判定された場合には、本方法は、ステップ１０８に進むことができる。
【００４３】
ステップ１０８において、本方法は、所望の抽出レベルを達成するか、又は少なくとも、実際の抽出レベルと所望の抽出レベルとの間の差異を低減する抽出レベルを達成するようにして、システム構成要素の機能を変更するのに用いることができる１つ又はそれ以上の「制御入力」を決定することができる。「制御入力」は、発電プラント９又はその構成要素の何れかの作動を制御又は変更することができる多くの方法のうちの１つである点は理解されるであろう。この方法には、例えば、燃焼器２２、２４への燃料流のレベル、燃焼器２２、２４への酸化剤の流れの制御、圧縮機１１、１２内の入口ガイドベーンの角度、その他を含むことができる。他方、「分散量」は、制御入力を所望の作動方法をもたらすのに変更を必要とする範囲である。分散量は、例えば、所望の作動をもたらすのに燃焼器２２、２４への燃料の流れを増減しなければならない範囲を含むことができる。特定の実施形態において、ステップ１０８に特に関連する制御入力の１つは、抽出ガスバルブ６１の設定である。この場合、分散量は、所望の抽出レベルが達成されるようにバルブ６１の設定を変更する必要がある範囲である。次いで、本方法はステップ１１０に進むことができる。ＰＩＤコントローラ又は同様のものと併用した従来のフィードバック制御機構を用いて、本明細書で指定されるような制御を達成することができる点は理解されるであろう。従って、１つ又はそれ以上の制御入力に対する変化の繰り返しプロセスによって、システムを所望の作動に近付けることができる。
【００４４】
ステップ１１０において、一部の実施形態では、本方法は、制御入力に対する実際の変更を行う前に、ステップ１０８からの利用可能な制御入力／分散量の各々のプラント作動に対する起こり得る効果を決定することができる。これらのタイプの計算は、本明細書で言及するシステム及び方法並びにこれらに類似した他のものなど、従来の発電プラント制御プログラム及びモデル化ソフトウェアによって達成することができる点は理解されるであろう。更に、これらの計算は、関連の制御入力、経済的考慮事項、発電プラントに対する損耗、オペレータ選好、プラント作動可能限界、その他の提案された分散に応答して実施できる効率的制御措置／解決策を考慮した繰り返しプロセスを含むことができる点は理解されるであろう。次に、本方法は、ステップ１１２に進むことができる。
【００４５】
ステップ１１２において、プロセス１００は、上記のステップから利用可能な制御入力／分散量のうちのどれが最も有益又は好ましいかを判定することができる。この判定は、大部分は、ステップ１１０で計算したシステム作動に対する効果に基づくことができる。次に、どの制御入力／分散量が最も有益であると見なされるとしても、本方法は、抽出要求に適合する関連利点が分散量の実行に伴うコストを上回るかどうかに基づいて、提案の制御入力／分散量を実行すべきかどうかを判定することができる。経済的考慮事項及びオペレータ選好をこの判定に含めることができる点は理解されるであろう。この計算に基づいて、本方法は、提案の制御入力／分散量を実行するか、又は実行しようにすることができる。次に、本方法は、ステップ１０２に戻り、好ましい抽出レベルが達成される繰り返しプロセスを開始することができる。
【００４６】
上述のように、ステップ１０４にて、関連燃焼器が理論混合ポイントで作動していないと判定された場合には、本方法は、ステップ１１４に進むことができる。ステップ１１４において、本方法は、関連燃焼器内で理論混合ポイント作動を達成するために利用可能な１つ又はそれ以上の制御入力／分散量を決定することができる。上述のように、制御入力は、発電プラント９の作動を修正、変更、又は制御することができる方法を含むことができ、分散量は、所望の作動モードを達成するのに制御入力が変更しなければならない範囲である。次に、本方法は、ステップ１１６に進むことができる。
【００４７】
ステップ１１６において、本方法は、ステップ１１４からの利用可能な制御入力／分散量の各々のプラント作動に対する起こり得る効果を決定することができる。これらのタイプの計算は、本明細書で言及するシステム及び方法並びにこれらに類似した他のものなど、従来の発電プラント制御プログラム及びモデル化ソフトウェアによって達成することができる点は理解されるであろう。更に、これらの計算は、関連の制御入力、経済的考慮事項、発電プラントに対する損耗、オペレータ選好、プラント作動可能限界、その他の提案された分散に応答して実施できる効率的制御措置／解決策を考慮した繰り返しプロセスを含むことができる点は理解されるであろう。次に、本方法は、ステップ１１８に進むことができる。
【００４８】
プラント作動可能限界は、効率的な作動が達成され、及び／又はシステムに対する過度の損耗又はより深刻な損傷が回避されるように従うべきあらゆる所定限界を含むことができる。例えば、作動可能限界は、タービン３０、３２又は燃焼器構成要素内の最大許容温度を含むことができる。これらの温度を超えることにより、タービン構成要素への損傷が生じ、又はエミッションレベルの増加を引き起こす可能性がある点は理解されるであろう。別の作動可能限界は、酸化剤圧縮機１１及び再循環圧縮機１２の各々にわたる最大圧縮機圧力比を含む。この限界を超えると、ユニットのサージを引き起こし、構成要素に対し大きな損傷をもたらす可能性がある。更に、タービンは、タービンの出口での燃焼ガスの最大流量を示す、最大マッハ数を有する場合がある。この最大流量を超えると、タービン構成要素を損傷させる可能性がある。発電プラント９内の燃焼器の実施可能な構成を考慮すると、圧縮機１１、１２の各々によって燃焼器２２、２４にて送給される流れの相対圧力は、別の作動可能限界とすることができる。すなわち、燃焼器２２、２４の構成及び流れが組み合わされる方法に応じて、酸化剤圧縮機１１によって送給される加圧酸化剤の圧力は、空力損失、逆流、及び他の起こり得る問題を回避するため再循環圧縮機１２によって供給される圧力の特定の範囲内になければならない。
【００４９】
ステップ１１８において、上記のステップから利用可能な制御入力／分散量のうちのどれが最も有益又は好ましいかを判定することができる。この判定は、大部分は、ステップ１１６で計算したシステム作動に対する効果並びに制御入力／分散量が発電プラントシステムを目的とする作動モードに向けて変更できる範囲に基づくことができる。次に、どの制御入力／分散量が最も有益であると見なされるとしても、本方法は、理論混合ポイント作動を達成する関連利点（作動流体を抽出できる利点を含むことができる）が分散量の実行に伴うコストを上回るかどうかに基づいて、提案の制御入力／分散量を実行すべきかどうかを判定することができる。経済的考慮事項及びオペレータ選好をこの判定に含めることができる点は理解されるであろう。この計算に基づいて、本方法は、提案の制御入力／分散量を実行するか又は実行しようにすることができる。次に、本方法は、ステップ１０４に戻り、燃焼器のうちの１つ内での理論混合ポイント作動が最終的に達成されるか、又は何らかの作動上の制約に起因して実施可能ではないと判定される繰り返しプロセスを開始することができる。
【００５０】
燃焼器２２、２４における理論混合比に影響を及ぼす多くの実施可能な制御入力／分散量が存在する点は理解されるであろう。好ましい実施形態において１つのこのような制御入力には、燃焼器２２、２４に送給される加圧酸化剤の量を制御可能に変更することが含まれる。加圧酸化剤の供給を制御可能に変更することは、燃焼器２２、２４内の理論混合比に有意な影響を及ぼすことができる点は理解されるであろう。例えば、燃焼器への燃料供給を考慮して、理論混合燃焼を達成するのにより多くの加圧酸化剤（すなわち、より多くの酸素）が必要であるとセンサが示している場合には、酸化剤圧縮機１１の入口ガイドベーンを変更し、及び／又は第１の酸化剤導管５２、６８に対するバルブ設定を変化させて、より多くの加圧酸化剤が燃焼器に関連する酸化剤導管５２、６７を通過できるようにすることにより、加圧酸化剤の供給を増大させることができる。他方、燃料供給の変更は、好ましい理論混合比での作動を達成するのに用いることができる別の制御入力である。この場合、例えば、センサ７０は、燃焼器に送給される加圧酸化剤の量を考慮して、理論混合ポイントを達成するのにより多くの燃料が必要であると示すことができる。一方又は両方の燃焼器２２、２４に送給される燃料量は、燃料バルブ５８、５９の一方又は両方を変更することにより増大させることができる。更に、他の燃焼器に直接関連する設定を変化させることにより、燃焼器の一方における理論混合ポイント燃焼を制御することができる点は理解されるであろう。これは、燃焼器内で変化した設定が再循環ループ１０における過剰な酸化剤又は未使用燃料を生じさせ、最終的には他の燃焼器内に吸い込まれ、これによりそこでの燃焼理論混合比に影響を及ぼすことに起因している。
【００５１】
例示的な制御モードにおいて、発電プラント９への燃料／酸化剤入力は、燃焼器２２、２４の何れかが理論混合ポイントで作動することになっていたとしても、過剰な酸化剤（すなわち、１よりも大きい理論混合比）が存在するように設定することができる。次いで、制御プロセスは、関連プロセス変数を測定することにより理論混合比を監視しながら、関連燃焼器内で僅かな増分だけ過剰酸化剤を減少させる（燃焼器への燃料流を増大させるか、酸化剤供給を減少させることにより）ことができる。特定の実施形態において、これは、理論混合比が、僅かに１を上回ったまま（すなわち、過剰酸化剤を有したまま）好ましい範囲内にあるまで継続することができる。このことは、理論混合状態を監視しながら、特定の燃焼器２２、２４に対して、酸化剤流を緩慢に増大させることにより、又は燃料流を減少させることにより、或いはその両方により実施することができる。また、過剰な燃料又は酸化剤が作動流体の一部となり、関連燃焼器に吸い込まれるように、他の燃焼器２２、２４に対して、酸化剤流を緩慢に増大させることにより、又は燃料流を減少させることにより、或いはその両方によって間接的に実施してもよい。
【００５２】
図８及び９は、本出願による例示的な発電プラントの代替の構成の概略図を示す。図示のように、これらの発電プラントはまた、上述と同様の排出ガス再循環及び再熱燃焼システムを利用している。しかしながら、図８及び９の発電プラントは、再循環ループ上に２つの抽出位置を提供している。上記で提供された構成要素、システム構成、及び制御方法の記載は、図８及び９の発電プラントに適用できる（並びに以下で説明する機能の一部も上述の構成要素、システム構成、及び制御方法に適用できる）が、２つの抽出位置は、特定の作動条件で有利に利用できる機能向上を可能にする新規の用途を提供する点は理解されるであろう。上述のように、発電プラント９は、作動流体がその周りで再循環する再循環ループ１０を含むことができる。再循環ループ１０は、近隣の上流側構成要素からの作動流体の流出流を受け入れて、作動流体の流入流を近隣の下流側構成要素に提供するよう構成されている複数の構成要素を含むことができる。再循環ループ１０の構成要素は、再循環圧縮機１２、該再循環圧縮機１２の下流側に位置する上流側燃焼器２２、該上流側燃焼器２２の下流側に位置する高圧タービン３０、該高圧タービン３０の下流側に位置する下流側燃焼器２４、該下流側燃焼器２４の下流側に位置する低圧タービン３２、及び該低圧タービン３２からの作動流体の流出流を再循環圧縮機１２に配向することによりループを完成するよう構成された再循環導管４０を含むことができる。複数の図面で提供される他の例示的な発電プラント９に関連して上記でより詳細に説明するように、図８及び９の発電プラント９は更に、上流側燃焼器及び下流側燃焼器の各々への加圧酸化剤を制御し送給するシステム及び構成要素を含むことができる。他の例示的な発電プラント９に関連して上記で説明したように、図８及び９の発電プラント９は更に、上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４の各々に供給される燃料量を制御するシステム及び構成要素を含むことができる。発電プラント９は更に、図示するように、上流側燃焼器２２から排出された作動流体を第１の抽出ポイント７５から抽出するシステム及び構成要素、並びに下流側燃焼器２４から排出された作動流体を第２の抽出ポイント７６から抽出するシステム及び構成要素を含むことができる。発電プラント９は、図８及び９に示し且つ上記で更に考察したように、上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４の各々が好ましい理論混合比で周期的に作動するように作動を制御するためのシステム及び構成要素、並びに上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４の何れが好ましい理論混合比で作動するかに基づいて作動流体を第１の抽出ポイント７５及び第２の抽出ポイント７６から選択的に抽出する手段を含むことができる。
【００５３】
特定の実施形態において、第１の抽出ポイント７５は、当該位置で抽出されるガスの量を制御するための第１の制御可能抽出ガスバルブ６１を含むことができる。第１の抽出ポイント７５は、上流側燃焼器２２と、下流側方向に進んだ下流側燃焼器２４との間の再循環ループ１０上に配置することができる。図８及び９に示すように、第１の抽出ポイント７５の１つの例示的な位置は、高圧タービン３０の後端である。第１の制御可能抽出ガスバルブ６１は、少なくとも２つの設定、すなわち、作動流体の抽出を阻止する閉鎖設定と、作動流体の抽出を可能にする開放設定とに制御することができる。同様に、第２の抽出ポイント７６は、当該位置で抽出されるガスの量を制御するための第２の制御可能抽出ガスバルブ６１を含むことができる。第２の抽出ポイント７６は、下流側燃焼器２４と、下流側方向に進んだ上流側燃焼器２２との間の再循環ループ１０上に配置することができる。図８に示すように、第２の抽出ポイント７６の１つの例示的な位置は、低圧タービン３２の後端である。図９に示すように、第２の抽出ポイント７６の別の例示的な位置は、冷却器４４とブロア４６との間の再循環導管４０上にある。抽出ガスの必要な特性に応じて、他の位置も可能である。第２の制御可能抽出ガスバルブ６１は、少なくとも２つの設定、すなわち、作動流体の抽出を阻止する閉鎖設定と、作動流体の抽出を可能にする開放設定とに制御することができる。
【００５４】
特定の実施形態において、上流側燃焼器２２に供給される加圧酸化剤の量を制御するシステム及び構成要素は、酸化剤圧縮機１１と、酸化剤圧縮機１１から得られる加圧酸化剤を上流側燃焼器２２に配向するよう構成された第１の酸化剤導管５２と、少なくとも３つの設定、すなわち、上流側燃焼器２２への加圧酸化剤の送給を阻止する１つの閉鎖設定及び上流側燃焼器２２への加圧酸化剤の異なる量を送給できる２つの開放設定に制御可能であり第１の酸化剤導管５２上に配置される第１の制御可能酸化剤バルブ５４とを含むことができる。特定の実施形態において、下流側燃焼器２４に供給される加圧酸化剤の量を制御するシステム及び構成要素は、酸化剤圧縮機１１と、酸化剤圧縮機１１から得られる加圧酸化剤を下流側燃焼器２４に配向するよう構成された第２の酸化剤導管６７と、少なくとも３つの設定、すなわち、下流側燃焼器２４への加圧酸化剤の送給を阻止する１つの閉鎖設定及び下流側燃焼器２４への加圧酸化剤の異なる量を送給できる２つの開放設定に制御可能であり第２の酸化剤導管６７上に配置される第２の制御可能酸化剤バルブ６８とを含むことができる。特定の実施形態において、第１の酸化剤導管５２及び第２の酸化剤導管６７の少なくとも一方上に配置されるブースター圧縮機１６（その１つの実施例が図６に示される）を含めることができる。ブースター圧縮機１６は、上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４の少なくとも一方に供給される加圧酸化剤が上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４の何れかの好ましい注入圧力に相当する圧力レベルを含むように、上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４の少なくとも一方を流れる加圧酸化剤の圧力を引き上げるよう構成することができる。特定の実施形態において、第１の酸化剤導管５２は、加圧酸化剤が酸化剤圧縮機１１から抽出される第１の酸化剤抽出位置８１を含むことができる。上流側端部では、第２の酸化剤導管６７は、加圧酸化剤が酸化剤圧縮機１１から抽出される第２の酸化剤抽出位置８３を含むことができる。酸化剤圧縮機１１内では、第１の酸化剤抽出位置８１は、第２の酸化剤抽出位置８３に対して下流側位置を含むことができる。第２の抽出ポイント７６は、上流側燃焼器２２にて好ましい注入圧力に対応する所定位置を酸化剤圧縮機１１内に含むことができる。第２の酸化剤抽出位置８３は、下流側燃焼器２４にて好ましい注入圧力に対応する所定位置を酸化剤圧縮機１１内に含むことができる。
【００５５】
特定の実施形態において、上流側燃焼器２２に供給される燃料の量を制御するシステム及び構成要素は、制御可能上流側燃焼器燃料バルブ又は第１の制御可能燃料バルブ５８を含むことができる上流側燃焼器燃料供給源７８を含むことができる。第１の制御可能燃料バルブ５８は、少なくとも３つの設定、すなわち、上流側燃焼器２２への燃料の送給を阻止する１つの閉鎖設定及び上流側燃焼器２２への燃料の異なる量を送給できる２つの開放設定に制御可能とすることができる。下流側燃焼器２４に供給される燃料の量を制御するシステム及び構成要素は、制御可能下流側燃焼器燃料バルブ又は第２の制御可能燃料バルブ５９を含むことができる下流側燃焼器燃料供給源７９を含むことができる。第２の制御可能燃料バルブ５９は、少なくとも３つの設定、すなわち、下流側燃焼器２４への燃料の送給を阻止する１つの閉鎖設定及び下流側燃焼器２４への燃料の異なる量を送給できる２つの開放設定に制御可能とすることができる。特定の実施形態において、図８に示すように、上流側燃焼器燃料供給源７８及び下流側燃焼器燃料供給源７９は、共通の供給源すなわち共通の燃料タイプを有することができる。他の実施形態では、図９に示すように、上流側燃焼器燃料供給源７８及び下流側燃焼器燃料供給源７９は、異なる供給源を有することができ、異なる燃料タイプを供給することができる。
【００５６】
上記でより詳細に説明したように、図８及び９の発電プラント９は、上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４の各々が好ましい理論混合比で周期的に作動するように発電プラント９を制御するシステム及び構成要素を含むことができる。特定の実施形態では、第１及び第２の制御可能酸化剤バルブ５４並びに第１及び第２の制御可能燃料バルブ５８、５９の設定を制御するよう構成されたコンピュータ制御ユニット６５を含む。
【００５７】
上記でより詳細に説明したように、特定の実施形態において、図８及び９の発電プラント９は、上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４が作動する現在の理論混合比を決定するシステム及び構成要素を含むことができる。特定の例示的な実施形態において、上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４が作動する現在の理論混合比を決定するシステム及び構成要素は、上流側及び下流側燃焼器２２、２４に供給される加圧酸化剤の量を測定するシステム及び構成要素並びに上流側及び下流側燃焼器２２、２４に供給される燃料の量を測定するシステム及び構成要素と、上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４の各々が各々に供給される測定した加圧酸化剤の量及び測定した燃料の量に基づいて作動する現在の理論混合比を計算するシステム及び構成要素とを含むことができる。特定の実施形態において、上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４が作動する現在の理論混合比を決定するシステム及び構成要素は、上流側燃焼器２２から排出される作動流体を試験する第１の試験構成要素と、下流側燃焼器２４から排出される作動流体を試験する第２の試験構成要素とを含む。第１の試験構成要素及び第２の試験構成要素は各々、過剰酸化剤を検出するセンサ又は未使用燃料を検出するセンサの一方を含むことができる。当業者であれば理解されるように、１つ又はそれ以上のＣＯセンサ及び１つ又はそれ以上の湿度センサも使用することができる。第１の試験位置は、再循環ループ１０上のある位置範囲内にある位置を含むことができる。位置範囲は、第１の抽出ポイント７５と、上流側方法に進んで上流側燃焼器２２との間に定めることができる。第２の試験位置は、再循環ループ１０上のある位置範囲内にある位置を含むことができる。位置範囲は、第２の抽出ポイント７６と、上流側方法に進んで下流側燃焼器２４との間に定めることができる。
【００５８】
特定の実施形態において、これに基づいて上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４が好ましい理論混合比で作動している第１の抽出ポイント７５及び第２の抽出ポイント７６から作動流体を選択的に抽出するシステム及び構成要素は、コンピュータ制御ユニット６５を含む。１つの好ましい実施形態において、制御ユニット６５は、上流側燃焼器２２が好ましい理論混合比で作動している期間中に第１の抽出ポイント７５から作動流体を抽出し、下流側燃焼器２４が好ましい理論混合比で作動している期間中に第２の抽出ポイント７６から作動流体を抽出するよう構成されている。
【００５９】
本明細書で提供されるように、図８及び９の発電プラント９は、新規の制御方法によって作動することができる。特定の実施形態において、このような方法は、再循環ループ１０を通って作動流体の少なくとも一部を再循環するステップと、上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４の各々に供給される加圧酸化剤の量を制御するステップと、上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４の各々に供給される燃料の量を制御するステップと、上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４の各々が好ましい理論混合比で周期的に作動するよう発電プラント９を制御するステップと、これに基づいて上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４が好ましい理論混合比で作動している上流側燃焼器２２に関連する第１の抽出ポイント７５及び下流側燃焼器２４に関連する第２の抽出ポイント７６から選択的に抽出するステップとを含むことができる。第１の抽出ポイント７５及び第２の抽出ポイント７６から選択的に抽出するステップは、上流側燃焼器２２が好ましい理論混合比で作動している期間中だけ第１の抽出ポイント７５から抽出するよう選択し、下流側燃焼器２４が好ましい理論混合比で作動している期間中だけ第２の抽出ポイント７６から抽出するよう選択するステップを含むことができる。１つの好ましい実施形態において、例えば、上流側燃焼器２２は、低負荷作動中に好ましい理論混合比で作動することができ、下流側燃焼器２４は、全負荷作動中に好ましい理論混合比で作動することができる。第１の抽出ポイント７５及び第２の抽出ポイント７６から選択的に抽出するステップは、第１及び第２の制御可能抽出ガスバルブ６１の設定を制御するステップを含むことができる。上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４の各々に供給される加圧酸化剤の量を制御するステップは、第１及び第２の酸化剤バルブ５４、６８の設定を変更するステップを含むことができる。上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４の各々に供給される燃料の量を制御するステップは、第１及び第２の制御可能燃料バルブ５８、５９の設定を変更するステップを含むことができる。
【００６０】
上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４の各々が好ましい理論混合比で首記的に作動するよう発電プラント９を制御するステップは、第１及び第２の酸化剤バルブ５４、６８及び第１及び第２の制御可能燃料バルブ５８、５９の設定を制御するよう構成されたコンピュータ制御ユニット６５を用いることを含むことができる。好ましい理論混合比は、約１の理論混合比を含むことができるが、本明細書で考察された他の範囲も実施可能である。
【００６１】
特定の実施形態において、本方法は、発電プラント９の複数のプロセス変数を測定するステップと、発電プラント９の出力要件を決定するステップと、測定したプロセス変数及び出力要件に基づいて、発電プラント９の所望の作動モードを決定するステップと、発電プラント９の所望の作動モード及び選択基準が与えられたときに好ましい理論混合比での作動において好ましい上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４の何れかを含む、好ましい理論混合燃焼器を決定するステップと、好ましい理論混合燃焼器が好ましい理論混合比で作動するよう発電プラント９を制御するステップとを含むことができる。デュアル燃焼システムと同様に構成された発電プラントは、ターンダウン作動モード中に燃焼システムの１つをシャットダウンするよう選択し、これにより低出力要件を効率的に満たすことができる点は理解されるであろう。従って、特定の実施形態において、所望の作動モードは、上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４の一方だけがその間作動するターンダウン作動モードを含む。この場合、好ましい理論混合燃焼器は、ターンダウン作動モード中に作動する上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４の何れかを含むことができる。特定の実施形態において、上流側燃焼器２２がターンダウン作動モード中に作動する燃焼器である。
【００６２】
好ましい理論混合燃焼器を決定するための選択基準は、複数のうちの何れかとすることができる。特定の好ましい実施形態において、選択基準は、発電プラント９の効率レベルに関連する。このように、好ましい理論混合燃焼器は、好ましい理論混合比で作動したときに効率を向上させる燃焼器である。選択基準はまた、経済的考慮事項に関連することができ、すなわち、好ましい理論混合燃焼器は、発電プラント９の収益を向上させるものである。
【００６３】
特定の実施形態において、本出願の方法は更に、好ましい理論混合燃焼器が作動する現在の理論混合比を決定するステップと、現在の理論混合比が好ましい理論混合比に等しいかどうかを判定するステップと、現在の理論混合比が好ましい理論混合比に等しいと判定された場合には、好ましい理論混合燃焼器に関連する抽出ポイントから作動流体を抽出するステップとを含むことができる。特定の実施形態において、これは、上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４に供給されている加圧酸化剤の量を測定するステップと、上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４に供給されている燃料の量を測定ステップと、上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４に供給されている加圧酸化剤の量並びに上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４に供給されている燃料の量に基づいて、好ましい理論混合燃焼器が作動している現在の理論混合比を計算するステップとを含むことができる。特定の実施形態において、好ましい理論混合燃焼器が作動している現在の理論混合比を計算するステップは、上流側燃焼器２２が好ましい理論混合燃焼器を含むことができる場合に、上流側燃焼器２２から排出された作動流体を試験するステップと、下流側燃焼器２４が好ましい理論混合燃焼器を含むことができる場合に、下流側燃焼器２４から排出された作動流体を試験するステップとを含む。上流側燃焼器２２から排出された作動流体は、過剰酸化剤を検出するセンサ及び未使用燃料を検出するセンサの一方によって第１の試験位置にて試験することができる。第１の試験位置は、第１の抽出ポイント７５と、上流側方向に進んで上流側燃焼器２２との間に定められた再循環ループ上のある位置範囲内にある位置を含むことができる。下流側燃焼器２４から排出された作動流体は、過剰酸化剤を検出するセンサ及び未使用燃料を検出するセンサの一方によって第２の試験位置にて試験することができる。第２の試験位置は、第２の抽出ポイント７６と、上流側方向に進んで下流側燃焼器２４との間に定められた再循環ループ上のある位置範囲内にある位置を含むことができる。このように、抽出前の排出ガスの状態を試験して所望の特性を確認することができる。
【００６４】
特定の実施形態において、好ましい理論混合燃焼器が好ましい理論混合比で作動するように発電プラント９を制御するステップは、測定した複数のプロセス変数に基づいて発電プラント９の制御入力を変更することを含むフィードバックループ制御機構を作動させるステップを含む。フィードバックループ制御機構を作動させるステップは、上記でより詳細に考察した。場合によっては、複数のプロセス変数を測定するステップは、好ましい理論混合燃焼器に供給される加圧酸化剤の量及び燃料の量を測定し、好ましい理論混合燃焼器に供給される測定した加圧酸化剤の量及び燃料の量に基づいて好ましい理論混合燃焼器における現在の理論混合比を計算するステップを含むことができる点は理解されるであろう。特定の実施形態において、制御入力は、好ましい理論混合燃焼器に対応する第１及び第２の酸化剤バルブ５４の何れかに対する設定、及び好ましい理論混合燃焼器に対応する第１及び第２の制御可能燃料バルブ５８、５９の何れかに対する設定を含むことができる。
【００６５】
特定の実施形態において、複数のプロセス変数を測定するステップは、上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４の各々に供給される加圧酸化剤の量及び加圧燃料の量を測定するステップを含むことができる。好ましい理論混合燃焼器における現在の理論混合比を計算するステップが、上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４の各々において、測定した燃料の量に対する測定酸素量を平衡化し、好ましい理論混合燃焼器でない上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４の何れかから作動流体中に存在する過剰燃料量又は過剰酸化剤量を好ましい理論混合燃焼器が吸い込むかどうかを判定するステップを含むことができる。
【００６６】
特定の実施形態において、複数のプロセス変数を測定するステップは、好ましい理論混合燃焼器の下流側にあり且つ好ましい理論混合燃焼器でない上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４の何れかの上流側にある再循環ループ上の位置にて作動流体含有物を試験するステップを含むことができる。制御入力は、上流側燃焼器２２に供給される燃料の量、下流側燃焼器２４に供給される燃料の量、上流側燃焼器２２に供給される加圧酸化剤の量、及び下流側燃焼器２４に供給される加圧酸化剤の量のうちの少なくとも１つを含むことができる。作動流体含有物を試験するステップは、作動流体の酸化剤含有物及び未使用燃料含有物の少なくとも１つを測定するステップを含むことができ、これは更に、作動流体含有物の試験に基づいて好ましい理論混合燃焼器における現在の理論混合比を計算するステップを含むことができる。
【００６７】
特定の例示的な実施形態において、本出願の方法は、同じ時間期間で上流側燃焼器２２及び下流側燃焼器２４の両方が好ましい理論混合比で周期的に作動するように発電プラント９を制御するステップを含む。この場合、第１の抽出ポイント７５及び第２の抽出ポイント７６から作動流体を選択的に抽出するステップは、両方の燃焼器２２、２４が好ましい理論混合比で作動しているときに第１の抽出ポイント７５及び第２の抽出ポイント７６両方から作動流体を抽出するステップを含むことができる。図８及び９に示すように、２つの抽出したガス流は、組み合わせポイント８６にて組み合わせることができる。すなわち、本出願の方法は、第１の抽出ポイント７５から抽出された作動流体と第２の抽出ポイント７６から抽出された作動流体とを組み合わせるステップを含むことができる。本方法は更に、抽出した作動流体の組み合わせ流が所望の特性を含むように、作動流体の２つの抽出流を制御可能に組み合わせるステップを含むことができる。これは、各抽出ポイント７５、７６にて含まれる制御可能抽出ガスバルブ６１の設定を制御することにより行うことができる点は理解されるであろう。抽出ガスが抽出される下流側での適用によっては、異なる圧力レベル及び温度で抽出ガスを提供できることが有利である。このことは、再循環ループ１０上の異なるポイントから所望の又は制御された量で抽出されたガスを混合することによって達成することができる。図９に示すように、第１の抽出ポイント７５は、相対的に高温高圧の領域からガスを抽出し、他方、第２の抽出ポイント７６は、相対的に低温低圧の領域からガスを抽出する。制御された方式で２つの流れを混合することにより、異なる抽出位置により定められる特性範囲内の所望の抽出ガス特性を達成できる点は理解されるであろう。
【００６８】
次に、図１０〜１３を参照すると、排出ガス再循環及び単一燃焼システムを利用した代替の発電プラントの構成を示す概略図が提供される。これらの図面の発電プラント９は、上述の発電プラントと同じ構成要素のうちの多くを含み、これらの構成要素を本明細書の他の場所で記載されたのとほぼ同じ方法で利用できる点は理解されるであろう。上述のように、当業者であれば、特定の構成に限定されず、全ての構成、特にこのような代替形態に適用可能であることを理解されるであろう発電プラントの何れかに関する説明の何れかは、請求項又はその請求項に加えられたあらゆる補正において説明することができる。特定の実施形態において、発電プラント９は、その周りに作動流体が再循環される再循環ループ１０を含むよう構成される。上述のように、再循環ループ１０は、近隣の上流側構成要素からの作動流体の流出流を受け入れて、該作動流体の流入流を近隣の下流側構成要素に提供するよう構成された複数の構成要素を含むことができる。この場合、再循環ループ１０は、再循環圧縮機１２、該再循環圧縮機１２の下流側に位置付けられた燃焼器２２、燃焼器２２の下流側に位置付けられたタービン３０、及びタービン３０からの作動流体の流出流を再循環圧縮機１２に配向するよう構成された再循環導管４０を含む。発電プラント９は、単一の燃焼システムを有するよう構成される。従って、再循環ループ１０は、燃焼器２２に関連する入力を除いて、全ての位置での燃焼ガスの入力を阻止するよう構成することができる。図示のように、発電プラント９は更に、再循環ループ１０上に位置付けられた第１の抽出ポイント７５及び第２の抽出ポイント７６を含むことができる。タービン３０からの作動流体の流出流は、再循環導管４０を介して再循環圧縮機１２に配向される排出ガスを含む。再循環圧縮機１２は、排出ガスを加圧し、該再循環圧縮機１２からの作動流体の流出流が加圧排出ガスを含むように構成される。
【００６９】
第１の抽出ポイント７５は、少なくとも２つの設定、すなわち、作動流体の抽出を阻止する閉鎖設定と、作動流体の抽出を可能にする開放設定とに制御することができる制御可能抽出バルブ６１を含むことができる。第２の抽出ポイント７６は、少なくとも２つの設定、すなわち、作動流体の抽出を阻止する閉鎖設定と、作動流体の抽出を可能にする開放設定とに制御することができる制御可能抽出バルブ６１を含むことができる。
【００７０】
発電プラント９は、燃焼器２２が好ましい理論混合比で少なくとも周期的に作動するよう動作又は制御することができる。好ましい理論混合比は、上記で考察した理論混合比と同様とすることができる。このタイプの作動を達成するために、燃焼器２２に供給される加圧酸化剤の量及び燃料の量を制御することができる。加圧酸化剤の量は、酸化剤圧縮機１１、該酸化剤圧縮機１１から得られる加圧酸化剤を燃焼器２２に配向するよう構成された酸化剤導管５２と、加圧酸化剤の異なる量を燃焼器２２に送給できる少なくとも２つの開放設定に対して制御可能な酸化剤導管上に配置される制御可能酸化剤バルブ５４とによって制御することができる。燃料の量は、燃料の異なる量を燃焼器２２に送給できる少なくとも２つの開放設定を有する制御可能な燃料バルブによって制御することができる。発電プラント９は、制御可能酸化剤バルブ５４及び制御可能燃料バルブ５８の設定を制御するよう構成されたコンピュータ制御ユニット６５により燃焼器２２が好ましい理論混合比で少なくとも周期的に作動するように制御することができ、また、燃焼器２２が作動する現在の理論混合比を決定するシステム、現在の理論混合比が好ましい理論混合比に等しいかどうかを上記で詳細に考察した種々のシステム、並びに所望の作動モードを達成する制御フィードバックループ機構を含むことができる点は理解されるであろう。以下でより詳細に考察するように、コンピュータ制御ユニット６５は、燃焼器２２における現在の理論混合比が好ましい理論混合比に等しいと判定されたかどうか、並びに抽出した作動流体の目的とする下流側での適用に基づいて、第１の抽出ポイント７５及び第２の抽出ポイント７６の少なくとも１つから作動流体を選択的に抽出するよう構成することができる。
【００７１】
特定の実施形態において、発電プラント９は、タービン３０からの排出ガスを収集し、該排出ガスを再循環圧縮機１２の吸気口に配向するよう構成された再循環導管４０を含む。再循環導管４０は更に、熱回収蒸気発生器を含むことができ、該熱回収蒸気発生器は、ボイラーを含み、タービン３０からの排出ガスがボイラー用の熱源を含むように構成されている。再循環導管４０は、チラー４４と、その上に位置付けられたブロア４６とを含むことができる。チラー４４は、再循環導管４０を流れる排出ガスからある量の熱を制御可能に除去し、再循環圧縮機１２の吸気口でより望ましい温度が得られるように構成することができる。ブロア４６は、再循環導管４０を流れる排出ガスを制御可能に循環させ、再循環圧縮機１２の吸気口でより望ましい圧力が得られるように構成することができる。
【００７２】
発電プラント９は、抽出ポイント７５、７６での作動流体の特性的性質を決定するための計装、センサ、及びシステムを含むことができる。これらは、他の測定プロセス変数に基づいた特性の直接測定又は計算を含むことができる。この特性は、圧力及び温度のような作動流体のあらゆる性質を含むことができる。上述のように、抽出した作動流体は、特定の工業及び他の用途において経済的価値を有する。所望の圧力又は温度でなど、目的とする用途において所望の特性で抽出作動流体を効率的に送給できる場合には、この値が高くなる点は理解されるであろう。特定の実施形態において、第１の抽出ポイント７５及び第２の抽出ポイント７６での作動流体の特性を決定する手段は、圧力センサ及び／又は温度センサを含むことができる。コンピュータ制御ユニット６５は、抽出ポイント７５、７６の各々にて決定された作動流体の特性に基づいて、第１の抽出ポイント７５からだけ、又は第２の抽出ポイント７６からだけ、或いは第１及び第２の抽出ポイント７５、７６両方から作動流体を選択的に抽出するよう構成することができる。コンピュータ制御ユニット６５は、第１及び第２の制御可能抽出バルブ６１の設定を制御することによってこれを実施することができる。
【００７３】
コンピュータ制御ユニット６５は、作動流体の特性の好ましい値を決定するよう構成することができる。これは、抽出した作動流体の目的とする下流側での適用を決定することにより実施でき、この決定は、オペレータが入力した値又はその他を照会することにより達成することができる。次いで、システムは、目的とする下流側での適用を考慮して何が好ましい値であるかに基づいて作動流体の特性の好ましい値を決定することができる。
【００７４】
抽出ポイント７５、７６は、種々の位置を含むことができる。抽出ポイント構成に関する幾つかの好ましい実施形態が図１０〜１３に示されているが、他の実施形態も可能である点は理解されるであろう。図１０に示すように、第１の抽出ポイント７５は、再循環圧縮機１２内のある位置を有することができ、第２の抽出ポイント７６は、タービン３０内のある位置を有することができる。図１１に示すように、第１の抽出ポイント７５は、再循環圧縮機１２内のある位置を有することができ、第２の抽出ポイント７６は、再循環導管４０内のある位置を有することができる。図１２に示すように、第１の抽出ポイント７５は、再循環圧縮機１２内の第１の位置を有することができ、第２の抽出ポイント７６は、再循環圧縮機１２内の第２の位置を有することができる。図１３に示すように、第１の抽出ポイント７５は、タービン３０内の第１の位置を有することができ、第２の抽出ポイント７６は、タービン３０内の第２の位置を有することができる。これらの構成の利点を以下で詳細に考察する。
【００７５】
本出願は更に、図１０〜１３に関して上記で考察した構成を含む発電プラントを制御する方法を記載する。一般に、この方法は、作動流体の少なくとも一部を再循環ループを通して再循環させるステップと、燃焼器２２が好ましい理論混合比で少なくとも周期的に作動するように発電プラントを制御するステップと、燃焼器２２が好ましい理論混合比で作動している期間中に再循環ループ１０上に位置付けられた第１の抽出ポイント７５及び第２の抽出ポイント７６の少なくとも１つから作動流体を抽出するステップとを含むことができる。燃焼器２２が好ましい理論混合比で少なくとも周期的に作動するように発電プラントを制御するステップは、燃焼器２２に供給される加圧酸化剤の量及び燃料の量を制御するステップを含むことができる。
【００７６】
本方法は更に、第１の抽出ポイント７５での作動流体の特性を決定するステップと、第２の抽出ポイント７６での作動流体の特性を決定するステップと、第１及び第２の抽出ポイント７５、７６での作動流体の特性に基づいて、第１の抽出ポイント７５からだけ、又は第２の抽出ポイント７６からだけ、或いは第１及び第２の抽出ポイント７５、７６両方から作動流体を選択的に抽出するステップとを含むことができる。下流側での適用に基づいて、本方法は、作動流体の特性の好ましい値を決定することができ、この値を用いて抽出ポイント７５、７６から作動流体を選択的に抽出することができる。このタイプの作動方法により、作動流体が第１の抽出ポイント７５及び第２の抽出ポイント７６両方から同時に抽出できるようになる。この場合、本方法は、抽出ポイント７５、７６両方から抽出された作動流体の流れを制御可能に混合し、特性の好ましい値に一致する特性を有する抽出作動流体の組み合わせ流を生成することができる。上述のように、作動流体の特性の好ましい値は、目的とする下流側での適用に基づくことができる。コンピュータ制御ユニット６５は、本明細書で考察した種々のバルブ及び他の構成要素の設定を所望の作動モードが得られるように制御するよう構成することができる。
【００７７】
特定の実施形態において、第１の抽出ポイント７５からだけ、又は第２の抽出ポイント７６からだけ、或いは第１及び第２の抽出ポイント７５、７６両方から作動流体を選択的に抽出するステップは、第１の抽出ポイント７５での作動流体の特性が、特性の好ましい値に対して所定範囲内にある場合には、第１の抽出ポイント７５からだけ抽出するステップと、第２の抽出ポイント７６での作動流体の特性が、特性の好ましい値に対して所定範囲内にある場合には、第２の抽出ポイント７６からだけ抽出するステップと、特性の好ましい値が、第１の抽出ポイント７５での作動流体の特性と第２の抽出ポイント７６での作動流体の特性の間の所定範囲内にある場合には、第１及び第２の抽出ポイント７５、７６両方から作動流体を抽出するステップとを含むことができる。このようにして、本方法は、このような所望の特性を得ることができる場合には１つの抽出ポイントのみを利用し、下流側での適用を考慮してより望ましい状態で抽出ガスを送給するため混合を利用できる場合には、両方の抽出ポイントから抽出することができる。特定の実施形態において、これらのステップは、第１の抽出ポイント７５での作動流体の特性が特性の好ましい値にほぼ等しい場合には、第１の抽出ポイント７５から抽出するステップと、第２の抽出ポイント７６での作動流体の特性が特性の好ましい値にほぼ等しい場合には、第２の抽出ポイント７６から抽出するステップと、特性の好ましい値が第１の抽出ポイント７５での作動流体の特性と第２の抽出ポイント７６での作動流体の特性の間にある場合には、第１及び第２の抽出ポイント７５、７６両方から抽出するステップとを含むことができる。本方法が、第１及び第２の抽出ポイント７５、７６両方から作動流体を抽出するよう作動している場合には、上述のように、混合ステップを利用してより望ましい組み合わせ流を生成することができる。特定の実施形態において、このことは、作動流体の第１の所定量が第１の抽出ポイント７５から抽出されるように第１の制御可能抽出バルブ６１の設定を制御し、作動流体の第２の所定量が第２の抽出ポイント７６から抽出されるように第２の制御可能抽出バルブ６１の設定を制御して、抽出作動流体の組み合わせ流が形成されるように、作動流体の第１の所定量と作動流体の第２の所定量とを組み合わせることにより達成することができる。第１の抽出ポイント７５及び第２の抽出ポイント７６での作動流体の特性を考慮して、第１の抽出ポイント７５から抽出された作動流体の第１の所定量及び第２の抽出ポイント７６から抽出された作動流体の第２の所定量は、混合されたときに特性の好ましい値を有する抽出作動流体の組み合わせ流をもたらすような所定量の作動流体を含むことができる点は理解されるであろう。上述のように、特性は、圧力及び温度のうちの１つとすることができるが、他のものも可能である。
【００７８】
抽出ポイント位置は、所望の特性を有する抽出流を送給する上で望ましい作動、効率、及び融通性をもたらすよう予め定めることができる。一般に、第１の抽出ポイント７５は、再循環ループ１０内に第１の所定位置を有することができ、第２の抽出ポイント７６は、再循環ループ１０内に第２の所定位置を有することができる。好ましい１つの実施形態において、再循環ループ１０内の第１の所定位置及び再循環ループ１０内の第２の所定位置は、各々における作動流体が異なる第１の特性と同様の第２の特性とを含むように選択される。この場合、第１の抽出ポイント７５及び第２の抽出ポイント７６から抽出された作動流体は、混合されて、第１の特性に対し広範囲のレベルを得ることができるが、この混合は、結果として得られる第２の特性にはほとんど影響を及ぼさず、ほぼ抽出流の同様の第２の特性のレベルのままとなる。他の場合では、再循環ループ１０内の第１の所定位置及び再循環ループ１０内の第２の所定位置は、各々における作動流体が異なる第１の特性と異なる第２の特性とを含むように選択することができる。今回は、第１の抽出ポイント７５及び第２の抽出ポイント７６から抽出された作動流体は、混合されて、広範囲の第１の特性値及び広範囲の第２の特性値を得ることができる。
【００７９】
図１０を参照すると、第１の抽出ポイント７５の再循環圧縮機１２内の位置及び第２の抽出ポイント７６のタービン３０内の位置は、異なる第１の特性が圧力であり、同様の第２の特性が温度であるように選択することができる点は理解されるであろう。図１１を参照すると、第１の抽出ポイント７５の再循環圧縮機１２内の位置及び第２の抽出ポイント７６のタービン３０内の位置は、異なる第１の特性が圧力であり、同様の第２の特性が温度であるように選択することができる点は理解されるであろう。第２の抽出ポイント７６の位置は、例えば、異なる温度特性をもたらすなど、他の結果をもたらすように変えることができる。別の実施可能な構成は、２つの抽出位置で異なる圧力及び異なる温度特性が得られるように、タービン３０内に第１の抽出ポイント７５を位置付け、再循環導管４０内に第２の抽出ポイント７６を位置付けることを含む。このタイプの配列は、圧力及び温度特性の各々において広範囲の値をもたらすために抽出流の混合に大きな融通性を提供することができる点は理解されるであろう。
【００８０】
別の実施形態において、図１２に示すように、第１の抽出ポイント７５は、再循環圧縮機１２内に第１の所定位置を有することができ、この所定位置は、発電プラント９の予測される第１の作動モードの間に抽出作動流体の所望の圧力又は温度レベルを提供するよう選択することができる。第２の抽出ポイント７６は、再循環圧縮機１２内に第２の所定位置を有することができ、この所定位置は、発電プラント９の予測される第２の作動モードの間に抽出作動流体の所望の圧力又は温度レベルを提供するよう選択することができる。この構成は、たとえ発電プラント９が第１又は第２の作動モードで作動している場合でも、一貫した圧力又は温度レベル、すなわち、所望の圧力又は温度レベルでの抽出作動流体の融通性を提供する点は理解されるであろう。好ましい実施形態において、これらのモードは、ベース負荷作動モード及びターンダウン作動モードに一致する。この構成は更に、発電プラント９の作動モードが変わりのないままの場合に異なる圧力又は温度レベルで抽出する有利な代替形態を提供する点は理解されるであろう。
【００８１】
別の実施形態において、図１３に示すように、第１の抽出ポイント７５は、タービン３０内に第１の所定位置を有することができ、この所定位置は、発電プラント９の予測される第１の作動モードの間に抽出作動流体の所望の圧力又は温度レベルを提供するよう選択することができる。第２の抽出ポイント７６は、タービン３０内に第１の所定位置を有することができ、この所定位置は、発電プラント９の予測される第１の作動モードの間に抽出作動流体の所望の圧力又は温度レベルを提供するよう選択することができる。この場合、この構成は、たとえ発電プラント９が第１又は第２の作動モードで作動している場合でも、一貫した圧力又は温度レベル、すなわち、所望の圧力又は温度レベルでの抽出作動流体の融通性を提供する点は理解されるであろう。好ましい実施形態において、これらのモードは、ベース負荷作動モード及びターンダウン作動モードに一致する。この構成は更に、発電プラント９の作動モードが変わりのないままの場合に異なる圧力又は温度レベルで抽出する有利な代替形態を提供する点は理解されるであろう。
【００８２】
本発明の好ましい実施形態の上記説明から、当業者であれば、改善形態、変更形態、及び修正形態が明らかであろう。当該技術分野の範囲内にあるこのような改善、変更、及び修正は、添付の請求項によって保護されるものとする。更に、上記のことは、本出願の好ましい実施形態にのみに関連しているが、添付の請求項及びその均等物によって定められる本出願の精神及び範囲から逸脱することなく、当業者によって多くの変更及び修正を本明細書において行うことができる点を理解されたい。
【符号の説明】
【００８３】
８  指定開始位置
９  発電プラント
１０  再循環ループ
１１  酸化剤圧縮機
１２  再循環圧縮機
１４  シャフト
１６  ブースター圧縮機
１８  発電機
２０  燃料供給源
２２  上流側燃焼器
２４  下流側燃焼器
３０  高圧タービン
３２  低圧タービン
３９  熱回収蒸気発生器
４０  再循環導管
４１  再循環通気孔
４４  冷却器
４６  ブロア
５１  抽出ポイント
５２  第１の酸化剤導管
５４  酸化剤バルブ（第１の酸化剤導管５２の）
５６  通気バルブ
５８  上流側燃焼器燃料バルブ
５９  下流側燃焼器燃料バルブ
６１  抽出ガスバルブ
６２  抽出供給ガス
６３  タービンバイパス導管
６４  酸化剤センサ
６５  制御ユニット
６７  第２の酸化剤導管
６８  酸化剤バルブ（第２の酸化剤導管６７の）
７０  センサ
７５  第１の抽出ポイント
７６  第２の抽出ポイント
７８  上流側燃焼器燃料供給源
７９  下流側燃焼器燃料供給源
８１  第１の酸化剤抽出位置
８３  第２の酸化剤抽出位置
８６  組み合わせポイント
【図１】
2013221501.tif 000003
【図２】
2013221501.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【外国語明細書】
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